طراحی حلقه حسگر کوانتومی می تواند اندازه گیری های مغناطیسی را برای پزشکی و ارتباطات بهبود بخشد

ویرایش شده توسط Swati Mestri، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

مهندسان کوانتومی دانشگاه آدلاید راه جدیدی برای بهبود برخی از حساس‌ترین حسگرهای میدان‌های الکترومغناطیسی در جهان یافته‌اند، پیشرفتی که می‌تواند به پیشرفت تصویربرداری مغز، تشخیص پزشکی، فناوری ارتباطات و نسل بعدی دستگاه‌های کوانتومی کمک کند.

این تحقیق که امروز در Physical Review Applied منتشر شد، توسط گروه فناوری کوانتوم و نانو دانشگاه (QuaNTeG) رهبری می‌شود و یک مشکل طولانی مدت را حل می‌کند که عملکرد دستگاه‌های تداخل کوانتومی ابررسانا، معروف به SQUID را محدود کرده است.

SQUID ها از حساس ترین آشکارسازهای میدان مغناطیسی هستند که تاکنون ساخته شده اند. آنها در کاربردهای تخصصی از جمله سیستم های تصویربرداری مغز، ابزارهای علمی و سنسورهای فرکانس رادیویی پیشرفته استفاده می شوند. با این حال، در حالی که آنها می توانند تغییرات فوق العاده کوچک در میدان های مغناطیسی را تشخیص دهند، آنها برای تشخیص دقیق زمانی که یک میدان مغناطیسی دقیقا صفر است، تلاش کرده اند.

تا به حال، مهندسان با ساختن مدارهای پیچیده حاوی صدها یا حتی هزاران حلقه ابررسانا با اندازه های متفاوت، این مشکل را برطرف کرده اند. در حالی که این رویکرد موثر است، حساسیت کلی دستگاه را کاهش می دهد.

تیم آدلاید، که شامل دانشجویان دکترا راس موناگان و جاناتان مارنکوویچ است، راه حل ساده تری را کشف کردند. محققان به جای ساختن حلقه‌ها در اندازه‌های مختلف، آنها را در اندازه‌های یکسان نگه داشتند، اما به‌طور استراتژیک برخی را با حلقه‌های برهنه جایگزین کردند که حاوی اتصالات جوزفسون، جزء کلیدی دستگاه‌های SQUID سنتی است.

این حلقه‌های خالی نحوه حرکت سیگنال‌های مغناطیسی را در مدار تغییر می‌دهند و چیزی را ایجاد می‌کنند که محققان آن را «گسترش ناحیه مصنوعی» می‌نامند. نتیجه این است که حسگر به گونه ای رفتار می کند که گویی حاوی تعداد زیادی حلقه با اندازه های متفاوت است بدون اینکه به آنها نیاز داشته باشد.

جوزپه تتامانزی، محقق ارشد، دانشیار دانشکده مهندسی شیمی دانشگاه آدلاید، گفت: این کشف می تواند به باز کردن پتانسیل کامل فناوری های سنجش کوانتومی کمک کند.

تتامانزی گفت: «برای دهه‌ها، دانشمندان می‌دانستند که چگونه می‌توانند این دستگاه‌ها را یک میدان مغناطیسی مطلق را شناسایی کنند، اما انجام این کار مستلزم سازش‌هایی در طراحی بود که عملکرد آنها را کاهش داد.

کار ما نشان می‌دهد که راه دیگری وجود دارد. با معرفی حلقه‌های لخت با دقت قرار داده شده، می‌توانیم با حفظ شرایط مورد نیاز برای حداکثر حساسیت، به همان نتیجه برسیم.

محققان تئوری پشت این رویکرد را توسعه دادند و سپس با استفاده از مدارهای ابررسانای ساخته شده که در دماهای بسیار پایین کار می‌کنند، این اثر را به صورت تجربی تأیید کردند. نتایج نشان داد که طراحی جدید دقیقا همانطور که پیش‌بینی شده بود رفتار می‌کرد.

تتامانزی گفت که این پیشرفت در نهایت می تواند برای طیف وسیعی از کاربردها مفید باشد.

او گفت: «سنسورهای کوانتومی ابررسانا بسیار حساس پتانسیل بسیار زیادی در پزشکی، ارتباطات، صنعت و دفاع دارند. هر چه به حد کوانتومی اساسی تشخیص نزدیک‌تر شویم، اطلاعات بیشتری می‌توانیم از سیگنال‌های بسیار ضعیف استخراج کنیم.»

برنامه های بالقوه آینده شامل سیستم های نظارت بر مغز بهبود یافته، گیرنده های فرکانس رادیویی حساس تر، فناوری های ارتباطی کم نویز و پلت فرم های پیشرفته سنجش الکترومغناطیسی است.

این کشف همچنین می‌تواند ساخت دستگاه‌های آینده را آسان‌تر و کم‌هزینه‌تر کند، زیرا رویکرد جدید نیاز به ساخت آرایه‌های بزرگ حاوی اندازه‌های حلقه‌های مختلف را برطرف می‌کند.

در حالی که قبل از تجاری‌سازی این فناوری به آزمایش‌های بیشتری نیاز است، محققان بر این باورند که این پیشرفت، حسگرهای محدود کوانتومی عملی را گامی مهم به واقعیت نزدیک‌تر می‌کند.

این مفهوم موضوع یک درخواست ثبت اختراع بین‌المللی است و مطالعات بیشتری برای بهبود عملکرد دستگاه و بررسی برنامه‌های کاربردی جدید در حال انجام است.

R. D. Monaghan و همکاران، منطقه مصنوعی گسترش یافته در آرایه های دو بعدی از فیلترهای تداخل کوانتومی ابررسانا، Physical Review Applied (2026). DOI: 10.1103/wc1k-wxtc. در arXiv : arxiv.org/abs/2511.15020

اطلاعات مجله: Physical Review Applied , arXiv

سواتی مستری دارای مدرک لیسانس در مهندسی الکترونیک است و از سال 2019 به عنوان ویرایشگر محتوا کار کرده است. او ویرایش اسناد تحقیقاتی در زمینه فناوری، مراقبت های بهداشتی و علم مواد را تجربه کرده است و علاقه خاصی به فناوری و فضا دارد. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →