Новое поколение квантовых датчиков может обеспечить новый уровень «сверхчувствительности», пишет IEEE Spectrum.
Например, квантовые датчики позволяют выполнять магнитоэнцефалографическое сканирование мозга (МЭГ). Стартап Cerca Magnetics разработал инновационное устройство размером с деталь Lego — магнитометр с оптической накачкой (OPM — optically pumped magnetometer). Лазер направляет луч через облако атомов рубидия на детектор света. Малейшие магнитные поля активности мозга возмущают атомы, делая их способными поглощать свет, который воспринимает детектор.
Новые квантовые датчики работают при комнатной температуре, плюс их можно расположить намного ближе к голове человека, а сигнал будет минимум в два раза точнее. Все это позволяет установить датчики в носимом шлеме, размером с обычный велосипедный.
Другой пример: сверхточное устройство для измерения гравитации — квантовый гравитационный градиентометр (или квантовый гравиметр). Неквантовые датчики гравитации (чрезвычайно слабой фундаментальной силы) существовали и ранее, но с их помощью трудно получить точные результаты, поскольку они очень чувствительны к вибрациям Земли, а еще их надо регулярно подвергать перекалибровке.
Квантовая версия устройства использует облака атомов рубидия, охлажденные до нескольких миллионных долей градуса Цельсия выше абсолютного нуля. Лазерные импульсы переводят атомы в состояния суперпозиции, затем атомы интерферируют друг с другом (причем их пики и впадины дополняют или подавляют друг друга). Анализируя природу этой интерференции, устройство может сопоставлять силу земного притяжения на разных высотах и обнаружить, например, туннель размером 2х2 м, в полуметре под землей между двумя многоэтажными зданиями в городе. Потенциал гравиметра: обнаружение подземных природных ресурсов и археологических памятников, мониторинг вулканической активности и потоков грунтовых вод.
Еще несколько примеров квантовых устройств:
- сверхточные тесты на SARS-CoV-2 на основе искусственных наноалмазов со специально созданным дефектом (атом углерода заменен атомом азота, а соседний атом углерода отсутствует). Этот дефект в структуре алмаза создает так называемый азотно-вакансионный (NV) центр. NV-центры имеют множество потенциальных применений — от флуоресцентной биомаркировки для использования в сверхчувствительной визуализации до кубитов обработки информации в квантовых вычислениях. NV-центры могут сигнализировать и о присутствии антигена или другой молекулы-мишени, испуская яркий флуоресцентный свет
- квантовый нанотермометр для измерения электрических напряжений между структурами живой клетки. Инструмент, разработанный в Университете Чикаго, получил название Voltair. Voltair построен из ДНК — это позволяет ему проникать в клетку и получать доступ к более глубоким структурам. Например, чтобы выяснить разницу электрических потенциалов между внутренней областью органеллы и внешним пространством
- квантовый навигатор, позволяющий ориентироваться без GPS. С помощью лазеров прибор охлаждает атомы до чрезвычайно низких температур. Когда атомы охлаждены, они крайне чувствительно реагируют на мельчайшие изменения ускорения и гравитационных полей. Эти изменения и фиксирует устройство, позволяя ориентироваться в пространстве без GPS.
