絡み合った原子がトモグラフィー技術を強化 – Physics World

の研究者 コペンハーゲン大学 デンマークの研究チームは、磁気誘導トモグラフィーとして知られる日常的なセンシング技術の感度を標準の量子限界を超えて高める方法を発見した。この改良された方法は、バイオおよび医療センシングに応用できる可能性があります。

磁気誘導断層撮影法では、電流が流れるコイルによって生成される磁場により、分析対象のサンプル内に微小な渦電流が生成されます。これらの電流は磁場を変化させ、原子磁力計の集合スピン (または磁化) を使用して検出されます。検出された場の特性から、サンプルの導電率と透磁率に関する情報が得られます。

この技術は、地球物理学的調査、金属物体の非破壊検査、および医療画像処理に使用されています。しかし、その感度は、いわゆる量子限界、またはセンサーの集合スピンの量子ゆらぎ (不確実性) によって制限されます。

「確かに、量子力学と不確定性原理により、スピンの方向を任意の精度で決定することはできないと考えられます。」と彼は説明します。 ユージン・ポルジック、この新しい研究を主導した人。 「大まかに言うと、センサーには次のものがあります。 N 原子スピンの場合、集合スピンの方向は 1/√ より高い角度確実性で決定できません。Nこれを私たちは標準量子制限 (SQL) と呼んでいます。」

不確実性の軽減

Polzikらは、スピンが絡み合っていわゆるスピンスクイーズ状態を生成する原子を含む原子磁力計を使用することで、この不確実性を軽減できることを示した。この状態の投影の 1 つの角度の不確実性は SQL を下回ります。研究者らは、有用な信号が正確に投影内に含まれ、不確実性が低減されるように磁気誘導断層撮影プロトコルをアレンジしました。このアプローチにより、従来の原子磁力計のほぼ 2 倍の SQL 感度が得られます。

「従来の磁気誘導断層撮影技術では、コイルを使用して信号を検出します」とポルジック氏は説明します。 「このようなコイルには固有の熱雑音があり、環境雑音も拾ってしまうため、感度が制限されます。私たちは、ノイズが固有の量子ゆらぎによってのみ制限されるスピンで作られた原子センサーを使用しました。これにより、従来のアプローチと比較して感度を大幅に向上させることができました。」

原子磁力計で心臓の伝導率を測定

研究者らは現在、その手法をバイオおよび医療センシングに使用する計画であり、特に心臓や脳を含む内臓の画像化のためにこの手法をさらに開発したいと述べている。

「私たちは、感度と空間分解能をさらに向上させることを目的として、この量子増強磁気誘導トモグラフィーの研究を継続する予定です」とポルジック氏は語ります。 物理学の世界.

研究の詳細は Physical Review Lettersに.

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• 情報源： https://physicsworld.com/a/entangled-atoms-enhance-tomography-technique/