La detección cuántica se está utilizando para superar los procesos de detección modernos mediante la aplicación de la mecánica cuántica al diseño y la ingeniería. Estos procesos optimizados ayudarán a superar los límites actuales en procesos como el estudio de materiales magnéticos o el estudio de muestras biológicas. En breve, Quantum es la próxima frontera en tecnología de detección.

Tan recientemente como 2019, Se descubrieron defectos de espín conocidos como qubits en materiales 2D (nitruro de boro hexagonal) que podrían amplificar el campo de la detección cuántica ultrafina. Estos científicos encontraron un obstáculo en su descubrimiento que ha desatado una carrera científica para resolver los problemas. Su sensibilidad estaba limitada por su bajo brillo y el bajo contraste de su señal de resonancia magnética. Hace tan solo dos semanas, el 9 de agosto, 2021, Física de la naturaleza publicó un artículo titulado "Los sensores cuánticos se desinflan, "donde destacaron los beneficios y también describieron las deficiencias actuales de este nuevo y emocionante medio de detección a través de qubits en materiales 2D.

Un equipo de investigadores de Purdue asumió este desafío de superar las deficiencias de la señal qubit en su trabajo para desarrollar sensores cuánticos ultrafinos con materiales 2D. Su publicación en Nano letras fue publicado hoy, 2 de septiembre 2021, y han resuelto algunos de los problemas críticos y han obtenido resultados mucho mejores mediante la experimentación.

¿Qué hicieron de manera diferente? Dr. Tongcang Li, Profesor Asociado de Física y Astronomía e Ingeniería Eléctrica e Informática, explica que la película de oro ayudó con este avance.

"En nuestro trabajo, utilizamos una película de oro para aumentar el brillo de los qubits de giro hasta 17 veces, "Dice Li." La película de oro sostiene el plasmón de superficie que puede acelerar la emisión de fotones para que podamos recolectar más fotones y, por lo tanto, más señales. Además, Mejoramos el contraste de su señal de resonancia magnética en un factor de 10 optimizando el diseño de una guía de ondas de microondas. Como resultado, Mejoramos sustancialmente la sensibilidad de estos defectos de giro para detectar el campo magnético, temperatura local, y presión local ".

Esta investigación se llevó a cabo en su totalidad en la Universidad de Purdue y fue colaborativa entre varios departamentos. Los doce autores de este artículo son de la Universidad de Purdue:Xingyu Gao, Boyang Jiang, Andrés E. Llacsahuanga Allcca, Kunhong Shen, Mohammad A. Sadi, Abhishek B. Solanki, Peng Ju, Zhujing Xu, Pramey Upadhyaya, Yong P. Chen, Sunil A. Bhave, y Tongcang Li. El primer autor, Xingyu Gao, es un estudiante de posgrado que trabaja en el laboratorio de Li.

"Este documento documenta el resultado de la colaboración entre el Prof. Sunil A. Bhave, Prof. Yong P. Chen, Prof. Pramey Upadhyaya, y mi grupo de investigación, ", dice Li." La atmósfera de colaboración en Purdue es crucial para que produzcamos estos resultados rápidamente ".

En este experimento, el grupo aplicó un láser verde y un microondas a estos qubits de espín en un material 2D. Luego, el material emitirá fotones con diferentes colores (rojo e infrarrojo cercano) bajo la iluminación de un láser verde. La tasa de emisión de fotones depende del campo magnético, temperatura, y presión. Por lo tanto, el brillo de estos qubits de espín cambiará cuando el campo magnético, temperatura, o cambios de presión. Por lo tanto, pudieron medir con precisión el campo magnético con alta sensibilidad.

En el futuro, el grupo planea usar estos qubits de espín para estudiar materiales novedosos. También esperan mejorar aún más la señal para que un solo qubit de espín en un material 2D pueda usarse para la detección cuántica con una sensibilidad y resolución sin precedentes.