Τα μπλεγμένα άτομα ενισχύουν την τεχνική τομογραφίας – Physics World

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης στη Δανία έχουν βρει έναν τρόπο να ενισχύσουν την ευαισθησία μιας τεχνικής ρουτίνας ανίχνευσης γνωστής ως τομογραφία μαγνητικής επαγωγής πέρα ​​από το τυπικό κβαντικό όριο. Η βελτιωμένη μέθοδος θα μπορούσε να βρει εφαρμογή στη βιο- και ιατρική ανίχνευση.

Στην τομογραφία μαγνητικής επαγωγής, ένα μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από ένα πηνίο που μεταφέρει ρεύμα παράγει ελάχιστα δινορεύματα στο δείγμα που αναλύεται. Αυτά τα ρεύματα, με τη σειρά τους, μεταβάλλουν το μαγνητικό πεδίο, το οποίο ανιχνεύεται χρησιμοποιώντας το συλλογικό σπιν (ή μαγνήτιση) ενός ατομικού μαγνητόμετρου. Οι ιδιότητες του ανιχνευόμενου πεδίου δίνουν πληροφορίες σχετικά με την ηλεκτρική αγωγιμότητα και τη μαγνητική διαπερατότητα του δείγματος.

Η τεχνική χρησιμοποιείται σε γεωφυσικές έρευνες, για μη καταστροφικό έλεγχο μεταλλικών αντικειμένων, καθώς και σε ιατρική απεικόνιση. Αλλά η ευαισθησία του περιορίζεται από το λεγόμενο κβαντικό όριο, ή τις κβαντικές διακυμάνσεις (αβεβαιότητα) του συλλογικού σπιν του αισθητήρα.

«Πράγματι, η κβαντική μηχανική και η αρχή της αβεβαιότητας υπαγορεύουν ότι η κατεύθυνση σπιν δεν μπορεί να προσδιοριστεί με αυθαίρετη ακρίβεια», εξηγεί Ευγένιος Πόλζικ, ο οποίος ηγήθηκε αυτής της νέας μελέτης. «Χονδρικά μιλώντας, σε έναν αισθητήρα που περιέχει N ατομικές περιστροφές, η κατεύθυνση του συλλογικού σπιν δεν μπορεί να προσδιοριστεί με γωνιακή βεβαιότητα καλύτερη από 1/√N, και αυτό είναι που ονομάζουμε τυπικό κβαντικό όριο (SQL).»

Μείωση της αβεβαιότητας

Ο Polzik και οι συνεργάτες του έδειξαν ότι αυτή η αβεβαιότητα μπορεί να μειωθεί χρησιμοποιώντας ένα ατομικό μαγνητόμετρο που περιέχει άτομα των οποίων τα σπιν είναι μπλεγμένα για να δημιουργήσουν μια λεγόμενη κατάσταση συμπίεσης σπιν. Η γωνιακή αβεβαιότητα μιας από τις προβολές αυτής της κατάστασης είναι κάτω από την SQL. Οι ερευνητές τακτοποίησαν το πρωτόκολλο τομογραφίας μαγνητικής επαγωγής έτσι ώστε το χρήσιμο σήμα να περιέχεται ακριβώς στην προβολή με μειωμένη αβεβαιότητα. Αυτή η προσέγγιση έχει ως αποτέλεσμα μια ευαισθησία SQL που είναι σχεδόν διπλάσια από τα συμβατικά ατομικά μαγνητόμετρα.

«Οι συμβατικές τεχνικές τομογραφίας μαγνητικής επαγωγής χρησιμοποιούν ένα πηνίο για την ανίχνευση του σήματος», εξηγεί ο Polzik. «Τέτοια πηνία έχουν εγγενή θερμικό θόρυβο, καθώς και αυξημένο περιβαλλοντικό θόρυβο, που περιορίζει την ευαισθησία. Χρησιμοποιήσαμε έναν ατομικό αισθητήρα κατασκευασμένο από περιστροφές του οποίου ο θόρυβος περιορίζεται μόνο από εγγενείς κβαντικές διακυμάνσεις. Αυτό μας επέτρεψε να βελτιώσουμε ουσιαστικά την ευαισθησία σε σύγκριση με τις συμβατικές προσεγγίσεις.»

Το ατομικό μαγνητόμετρο μετρά την καρδιακή αγωγιμότητα

Οι ερευνητές λένε ότι τώρα σχεδιάζουν να χρησιμοποιήσουν τη μέθοδό τους στη βιο- και ιατρική ανίχνευση, και ειδικότερα ελπίζουν να την αναπτύξουν περαιτέρω για την απεικόνιση εσωτερικών οργάνων, συμπεριλαμβανομένης της καρδιάς και ακόμη και του εγκεφάλου.

«Σκοπεύουμε επίσης να συνεχίσουμε να εργαζόμαστε σε αυτήν την κβαντική βελτιωμένη τομογραφία μαγνητικής επαγωγής με στόχο να βελτιώσουμε περαιτέρω την ευαισθησία και τη χωρική της ανάλυση», λέει ο Polzik. Κόσμος Φυσικής.

Η έρευνα αναλύεται στο Επιστολές Φυσικής Επισκόπησης.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Αυτοκίνητο / EVs, Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• BlockOffsets. Εκσυγχρονισμός της περιβαλλοντικής αντιστάθμισης ιδιοκτησίας. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/entangled-atoms-enhance-tomography-technique/