研究人员创建了与方向无关的磁场感应纳米管自旋量子比特

普渡大学的研究人员开发出正在申请专利的一维氮化硼纳米管 (BNNT)，其中包含自旋量子比特或自旋缺陷。与扫描探针磁场显微镜中使用的传统金刚石探针相比，BNNT 在高分辨率检测离轴磁场方面更为灵敏。

李同仓是物理学和电子与计算机工程学教授，他领导的团队开发了具有光学活性自旋量子比特的 BNNT。他也是普渡大学量子科学与工程研究所的教师。该团队的成员包括高星宇、苏穆克·维迪亚和萨克什·迪克希特，他们是普渡大学的研究生，也是《自然通讯》杂志上发表的一篇论文的合著者。

“BNNT 自旋量子比特对检测离轴磁场的灵敏度比金刚石氮空位中心更高，金刚石氮空位中心主要对平行于其轴的磁场敏感，而不是垂直于轴的磁场，”李说。“BNNT 也比易碎的金刚石尖端更具成本效益，并且具有更高的弹性。”

BNNT 的应用包括测量磁场变化并在原子水平上收集和分析数据的量子传感技术。

高说： “它们还可以应用于半导体工业和纳米级 MRI 或磁共振成像。”

测试和开发 BNNT 自旋量子比特

该系统在定制的实验室系统上进行了测试，包括用于控制纳米管自旋量子比特的量子态的激光器、探测器和信号发生器。

“这些 BNNT 自旋量子比特对磁场敏感，并表现出光学检测磁共振，”Vaidya 说道。“当暴露于磁场时，BNNT 内自旋量子比特的能级会发生改变，这可以用光来测量。”

在首次演示中，BNNT 的表现与钻石尖端相当。

Dikshit 表示：“由于氮化硼纳米管在空间上比金刚石尖端小得多，我们希望能够为系统实现更高的数字。”

李表示，普渡大学的研究人员正在寻求提高BNNT 自旋量子比特系统的空间分辨率和磁场灵敏度。这些改进可以实现原子尺度现象的量子感应。

“这将使表面磁性的扫描分辨率达到极高，”Vaidya 说道。“通过提高灵敏度，我们可以获得更精确的信息，或者更快地读取外部磁场，这两者都可以应用于量子科学、内存存储、医疗和半导体行业。”