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    澳门银河网游app的研究已经制造使用传统的制造技术(如图),这可能使成本低的量子硬件的硅芯片上的基于金刚石的量子传感器。

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在一个芯片上量子传感

澳门银河网游app的研究已经制造使用传统的制造技术(如图),这可能使成本低的量子硬件的硅芯片上的基于金刚石的量子传感器。

研究人员基于金刚石的传感元件集成到一个芯片来实现低成本,高性能的Quantum硬件。


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澳门银河网游app的研究已经为在第一时间,制作一个硅芯片上的基于金刚石的量子传感器。提前可以铺平朝向低成本,可扩展的硬件量子计算,感测和通信的方式。

“氮空位(NV)中心”在钻石与可由光和微波炉进行操作的电子缺陷。作为响应,它们发射彩色携带关于周围的磁场和电场,其可用于生物传感,神经成像,检测物体,和其他感测应用量子信息的光子。但传统的基于NV量子传感器是大约一个厨房表的大小,与该限制的实用性和可扩展性昂贵,分立元件。

在一篇发表在 自然电子学中,研究人员发现了一种集成所有那些笨重的组件 - 包括微波发生器,滤光器,光检测器和 - 到毫米级封装,使用传统的半导体制造技术。值得注意的是,传感器在室温下工作的能力与用于感测的方向和磁场的幅度。

研究人员证明了传感器的使用为磁力,这意味着它们能够测量在频率原子级移位由于周围的磁场,这可能包含有关环境的信息。进一步精炼,该传感器可以具有一定范围的应用中,从在大脑中的电脉冲映射到检测对象,即使没有视线。

“这是非常难以阻挡的磁场,所以这是量子传感器,一个巨大的优势,”共同作者克里斯托弗·FOY,一名研究生在电气工程和计算机科学(EECS)部门说。 “如果有车辆行驶,比方说,你在下面的地下隧道,你就能够检测到它,即使你看不到它。”

在纸张上加入FOY是:穆罕默德·易卜拉欣,一名研究生在EECS; donggyu金博士学位'19;马修即trusheim,在EECS的博士后;若男汉,在EECS副教授和太赫兹集成电子元件组的头部,这是MIT的微系统技术实验室(MTL)部分;和德克·英格伦,电气工程和计算机科学的澳门银河网游app的副教授,电子(RLE)的研究实验室的研究员,量子光子学实验室的负责人。

萎缩和堆叠

NV中心在钻石其中在晶格结构中的两个相邻的地方碳原子丢失发生 - 一个原子被氮原子所取代,而另一个空间是空的,留下缺失债券的结构中,其中电子“空缺”。是在周围环境中的电,磁,和光学特性的变化小极为敏感。

在NV中心基本上用作原子,具有核和包围电子。它还具有光致发光性质,这意味着它吸收和发射颜色的光子。席卷中心微波可以把它改变状态 - 正面,中性和负面的 - 这反过来又改变其电子的自旋。然后,它会发出不同量的红光子,这取决于自旋。

的技术,称为光学检测磁共振(ODMR),测量多少光子被与周围磁场相互作用发射。该相互作用产生进一步,关于字段量化信息。对于所有这些工作,传统的传感器需要笨重的部件,包括安装的激光器,电源,微波发生器,导体路径的光和微波,光学滤波器和传感器,以及读出部件。

研究人员,而不是开发了一种新的芯片架构,位置,并使用标准互补金属氧化物半导体(CMOS)技术栈以某种方式微小的,便宜的部件,因此它们的功能类似于那些组件。 “CMOS技术使芯片上的非常复杂的3-d结构,”易卜拉欣说。 “我们可以在芯片上一个完整的系统,而我们只需要一块钻石和顶部的绿色光源。但可以是常规芯片级领导“。

金刚石块内的NV中心定位在芯片的“感测区域”。一个小绿泵浦激光激发NV中心,而纳米线放在靠近NV中心产生响应扫微波电流。基本上,光和微波一起工作以使NV中心发射不同量的红光子 - ,不同之处为在研究人员的实验读出目标信号。

在NV中心下面是光电二极管,设计用来消除噪声并测量光子。在金刚石和光电二极管之间是一个金属光栅充当吸收绿色激光的光子,同时允许红光光子到达光电二极管的过滤器。总之,这使得芯片上ODMR设备,其测量共振频率的变化与携带关于周围磁场信息的红色光子。

但一个芯片怎么做大型机器的工作?一个关键诀窍是简单地移动导线,其产生微波,在从所述NV中心的最佳距离。即使芯片是非常小的,此精确的距离使线电流以产生足够的磁场来操纵电子。微波导线和产生电路的紧密集成和协同设计也有帮助。在他们的论文中,研究人员能够产生足够的磁场,使物体检测的实际应用。

只是开始

在今年早些时候在国际固态电路会议上提出的另一篇文章中,研究人员描述了第二代传感器,使得这种设计的各种改进,实现100倍的灵敏度。接下来,研究人员说,他们对如何通过1000次以增加灵敏度“路线图”。基本上涉及扩大芯片以增加NV中心的密度,其确定灵敏度。

如果他们这样做,传感器甚至可以在神经成像应用中使用。这意味着把传感器的神经元,在那里它可以检测放电神经元的强度和方向的附近。可以帮助研究人员绘制的神经元之间的连接,看看哪些神经元相互触发。其他未来应用包括GPS替代汽车和飞机。因为在地球的磁场已经被映射如此之好,量子传感器可以作为极其精确的罗盘,即使在GPS的否认环境。

“我们只在我们能够完成年初的时候,”韩寒说。 “这是一个漫长的旅程,但我们已经有两个里程碑,在赛道上,与第一代和第二代传感器。我们计划从检测到通信到计算中去。我们知道前进的方向,我们知道如何到达那里。”

“我非常看好这个量子传感器技术和预见在几个领域重大影响,”罗恩walsw要么th,在哈佛大学,其团队开发利用NV中心高分辨率磁力工具的高级讲师说。

“他们已经采取在集成量子金刚石传感器与CMOS技术的一个关键步骤,包括片上微波产生和递送,以及芯片上滤波和携带信息的荧光的检测从在金刚石量子缺陷。所得到的单元是紧凑的和相对低的功耗。下一步将是进一步提高量子金刚石传感器的灵敏度和带宽[和]集成了广泛的应用,包括化学分析,NMR光谱,和材料表征CMOS金刚石传感器“。


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