توسعه حسگر کوانتومی با استفاده از الماس

به گزارش کارگروه فناوری اطلاعات سایبربان؛ پژوهشگران موفق شدند برای اولین بار حسگری کوانتومی را روی تراشه سیلیکونی ایجاد کنند. این مسئله می‌تواند یک پیشرفت بزرگ در زمینه حسگرهای کوانتومی قابل‌اعتماد و سخت‌افزار محاسباتی به حساب آید.

دانشمندان دانشگاه MIT، حسگرها را بر پایه الماس تولید کردند. الماس حالت جامدی از کربن، دارای مراکز خالی از نیتروژن (nitrogen-vacancy) است که تحت تأثیر نور و امواج مایکرو قرار می‌گیرد. زمانی که الماس در برابر این دو عامل قرار می‌گیرد، فوتون‌های رنگی منتشر می‌شوند. این ذرات نور می‌توانند اطلاعات کوانتومی را در میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی پیرامون خود منتقل کنند.

حسگرهای کوانتومی بر پایه خلأ نیتروژن الماس هم‌اکنون نیز وجود دارند؛ اما ابعاد آن‌ها بسیار بزرگ بوده و امکان جایگذاری در ابزارها را ندارند. محققان MIT موفق شدند، با دستاورد خود ابعاد این تراشه را کاهش دهند. این حسگر شامل فیلترهای نوری، حسگرهای نوری و ایجاد کننده امواج مایکرو است که ابعاد آن‌ها به واسطه روش‌های پیاده‌سازی نیمه‌هادی، به میلی‌متر رسیده است.

قابلیت تشخیص جهت، قدرت و هرگونه تغییر میدان مغناطیسی، امکان توسعه ابزارهای مختلف را با استفاده از تصویربرداری عصبی، سنجش زیستی و شناسایی اشیا به پژوهشگران می‌دهد.

کریستوفر فوی (Christopher Foy)، یکی از پژوهشگران MIT گفت:

مسدود کردن میدان‌های مغناطیسی بسیار سخت است؛ بنابراین یک مزیت بزرگ برای حسگرهای کوانتومی محسوب می‌شوند. اگر یک وسیله نقلیه در تونلی زیر پای شما حرکت کند، می‌توانید بدون دیدن، آن را تشخیص دهید.

الماس، یک ساختار مکعبی دارد که از کنار هم قرار گرفتن 8 اتم کربن تشکیل می‌شود. خلأ نیتروژنی زمانی ایجاد می‌شود که 2 اتم کربن مجاور یکدیگر حذف و با نیتروژن جایگزین شوند. این تغییر باعث می‌شود تا الکترون‌ها نسبت به هرگونه تغییر مغناطیسی یا الکتریکی پیرامون الماس حساسیت نشان دهند. این فضای خلأ فوتون‌هایی با رنگ‌های مختلف را جذب یا انتشار می‌دهد.

پژوهشگران می‌توانند رنگ‌های مختلف، به ویژه رنگ قرمز را اندازه بگیرند و تجسمی کوانتومی در محیط‌های ساختاریافته را به دست آورند. به طور طبیعی برای انجام این کار به یک لیزر، منبع تغذیه، رسانا و مولد امواج مایکرو نیاز است که تجهیزاتی معمولاً گران‌قیمت هستند. محققان در عوض برای ساخت تراشه‌ای کوچک، ارزان‌قیمت و دارای ساختار 3 بعدی پیچیده از معماری سیماس (CMOS) بهره گرفتند.