Quantum computing - anses vara kraftpaketet för beräkningsuppgifter - kan ha applikationer inom områden utanför ren elektronik, enligt en forskare från University of Pittsburgh och hans medarbetare.
Arbetar vid gränssnittet för kvantmätning och nanoteknik, Gurudev Dutt, biträdande professor vid Pitts institution för fysik och astronomi vid Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences, och hans kollegor rapporterar sina fynd i en artikel publicerad 18 december Naturnanoteknik . Papperet dokumenterar viktiga framsteg mot att förverkliga en nanoskala magnetisk avbildare som består av enstaka elektroner inneslutna i en diamantkristall.
"Tänk på det här som en typisk medicinsk procedur - en magnetisk resonansavbildning (MRI) - men på enstaka molekyler eller grupper av molekyler inuti celler istället för hela kroppen. Traditionella MR -tekniker fungerar inte bra med så små volymer, så ett instrument måste byggas för att rymma sådant högprecisionsarbete, säger Dutt.
Dock, uppstod en betydande utmaning för forskare som arbetar med problemet med att bygga ett sådant instrument:Hur mäter man ett magnetfält exakt med resonansen hos de enstaka elektronerna i diamantkristallen? Resonans definieras som ett objekts tendens att svänga med högre energi vid en viss frekvens, och förekommer naturligt runt omkring oss:till exempel med musikinstrument, barn på gungor, och pendelklockor. Dutt säger att resonanser är särskilt kraftfulla eftersom de tillåter fysiker att göra känsliga mätningar av mängder som kraft, massa, och elektriska och magnetiska fält. "Men de begränsar också det maximala fält som man kan mäta exakt."
Vid magnetisk avbildning, detta betyder att fysiker bara kan upptäcka ett smalt område av fält från molekyler nära sensorns resonansfrekvens, försvårar bildprocessen.
"Det kan göras, "säger Dutt, "men det kräver mycket sofistikerad bildbehandling och andra tekniker för att förstå vad man avbildar. I huvudsak, man måste använda programvara för att fixa maskinvarans begränsningar, och skanningarna tar längre tid och är svårare att tolka. "
Dutt - arbetar med postdoktor Ummal Momeen och doktorand Naufer Nusran (A &S'08 G), både i Pitts avdelning för fysik och astronomi - har använt kvantberäkningsmetoder för att kringgå hårdvarubegränsningen för att se hela magnetfältet. Genom att utöka fältet, Pitt -forskarna har förbättrat förhållandet mellan maximal detekterbar fältstyrka och fältprecision med en faktor 10 jämfört med den tidigare använda tekniken. Detta sätter dem ett steg närmare ett framtida nanoskala MR -instrument som kan studera molekylers egenskaper, material, och celler på ett icke -invasivt sätt, visa var atomer är placerade utan att förstöra dem; nuvarande metoder som används för denna typ av studier förstör oundvikligen proverna.
"Detta skulle få en omedelbar inverkan på vår förståelse av dessa molekyler, material, eller levande celler och möjligen låta oss skapa bättre teknik, säger Dutt.
Detta är bara de första resultaten, säger Dutt, och han förväntar sig att ytterligare förbättringar kommer att göras med ytterligare forskning:"Vårt arbete visar att kvantberäkningsmetoder når utöver ren elektronisk teknik och kan lösa problem som, tidigare, verkade vara grundläggande vägspärrar för att göra framsteg med högprecisionsmätningar. "
