カリフォルニア大学サンタバーバラ校の量子科学者がNSFを実施

原子および亜原子スケールでは、現在のテクノロジーを改善し、新しいテクノロジーを生み出す可能性によって、私たちの世界の見方や世界との関わり方を向上させる大きな可能性を秘めた行動が存在します。 量子センシングの領域から得られる主な利点は、その極めて高い感度と精度であり、最もかすかな信号を捕捉し、最小のスケールで測定できることです。

現在、カリフォルニア大学サンタバーバラ校の数名の研究者は、米国国立科学財団 (NSF) のプログラム「量子システムの変革的進歩のための量子センシングの課題」(QuSeC-TAQS) の一環として、量子科学の専門知識を展開する準備を整えています。 彼らは、NSF からの 2,900 万ドルの投資の支援を受けて、全米の大学の 18 の研究チームに参加し、無限微で、時には直観に反する量子スケールの自然の特性を利用して、人間スケールで機会を生み出す方法を模索しています。

各チームは幅広い探索的研究活動を実施するために、4年間で100万ドルから200万ドルを受け取ることになる。 潜在的な影響は、空間に波紋が広がる重力波を感知する能力から、生きた細胞の内部機能を観察する手段まで、多岐にわたります。

「何十年にもわたって、量子スケールでの科学的探査は、私たちの宇宙がどのように機能するかについて驚くべき発見をもたらし、量子対応技術の興味深い可能性をもたらしました」とNSF所長のセトゥラマン・パンチャナサンは述べた。 「私たちは現在、これらのプロジェクトやその他のプロジェクトを通じて、量子研究の次の一歩を踏み出しています。基礎研究と、私たちの生活、経済的繁栄、国家としての競争力にプラスの影響を与える可能性のある応用を組み合わせたものです。」

量子強化光磁力計: Galan Moody と Paolo Pintus

名前が示すように、磁力計は磁場を測定し、その磁場に関連するターゲットに関する重要な情報を提供します。 コンパスはそのような単純な装置であり、地球の磁場に対する人の方向に関する情報を明らかにします。 科学者たちは、考古学から宇宙探査に至るまで、そのテクノロジーのエレガントなパワーを活用し続け、アプリケーションのリストは増え続けています。

電気工学およびコンピュータ工学のガラン・ムーディ教授と科学者のパオロ・ピントゥスは、高精度の量子センシングを磁力測定に導入し、それをすべてチップ上に構築することを目指しています。 2015 年に 13 億光年離れたところから発生する重力波によって生成されるわずかなうねりを検出したレーザー干渉計 LIGO について考えてみましょう。 研究チームは、重力波ではなく、磁場のわずかな変化を検出できる類似の干渉計実験を半導体チップ上に構築する予定だ。

「キロメートルスケールの検出器の代わりに、ミリメートルスケールの検出器があります」と集積光学を専門とするピンタス氏は言う。 彼らが提案したフォトニック統合型磁気光学干渉計は、その感度において前例のないものであり、標準的な量子の限界を10倍超えており、ナビゲーション、地球科学、宇宙科学などのアプリケーションで微小な磁場の検出に使用できるコンパクトでエネルギー効率の高いデバイスに組み込まれています。生物医学、宇宙探査など。

この斬新な低 SWaP (サイズ、重量、消費電力) デバイスの鍵となるのは、量子光の使用です。 量子フォトニクスの専門知識を持つムーディ氏は、「数十年にわたる研究開発を基にして、他のかさばる機器を必要とせず、コンパクトで持ち運び可能な磁気光学センサーを製造することができる」と述べた。 「通常、これらのセンサーはレーザーによって駆動されますが、その感度には限界があります。 代わりに、レーザーよりノイズの少ない特殊な種類の量子光源であるスクイーズドライトを使用することで、この限界を超えることができます。」

スクイーズド光を使用すると、ターゲットに対する光波の位相を非常に正確に測定できると同時に、高精度の測定を簡単に覆い隠す可能性のあるノイズを低減できます。