- Квантовые сенсоры наноалмазов обнаруживают изменение температуры, связанное со возбуждением нейронов гиппокампа (arXiv)
Автор:Г. Петрини, Г. Томагра, Э. Бернарди, Э. Морева, П. Трайна, А. Маркантони, Ф. Пиколло, К. Квакова, П. Циглер, И. П. Деджованни, В. Карабелли, М. Дженовезе
Аннотация:Температура является одним из наиболее важных параметров для регуляции внутриклеточных процессов. Измерение локализованных субклеточных температурных градиентов имеет основополагающее значение для более глубокого понимания функций клеток, таких как генезис потенциалов действия и клеточный метаболизм. Здесь мы впервые обнаруживаем колебания температуры (1°C), связанные с потенциацией и истощением возбуждения нейронов, используя наноразмерный термометр, основанный на обнаружении оптически магнитного резонанса в наноалмазах. Наши результаты представляют собой инструмент для оценки активности нейронных импульсов в физиологических и патологических условиях и, в сочетании с высокой чувствительностью этого метода (в перспективе чувствителен к колебаниям ‹ 0,1 ° C), прокладывают путь к систематическому изучению генерации локализованной температуры. градиенты. Кроме того, они побуждают к дальнейшим исследованиям, подробно объясняющим физиологический механизм, вызывающий этот эффект.
2. Квантовые датчики на основе гигантских полостей с повышенной производительностью (arXiv)
Автор:Юй Тин Чжу, Ребинг Ву, Чжихуэй Пэн, Шибэй Сюэ
Аннотация:Недавние исследования показали, что квантовые системы с несколькими зависящими от положения связями, например, гигантские атомы, могут демонстрировать некоторые нетрадиционные явления, такие как неэкспоненциальный распад и т. д. Однако их потенциальное применение все еще открыто. вопросы. В этой статье мы впервые предлагаем квантовый датчик на основе гигантского резонатора, производительность которого может быть значительно улучшена по сравнению с традиционными датчиками на основе резонатора. В нашем предложении две полости соединяются с диссипативным резервуаром в нескольких точках, в то время как они соединяются с усиливающим резервуаром в одной точке. Для детектирования неизвестного параметра с помощью этого датчика к одной из полостей, через которые могут проходить детектирующие поля для гомодинного детектирования, подсоединяется волновод. Мы обнаружили, что множественные связи, зависящие от положения, могут вызывать внутреннюю невзаимную связь между полостями, что может повысить производительность датчиков. Выходной шум в нашей схеме может быть снижен до уровня дробового шума, что примерно на порядок ниже результатов, полученных в [1]. [Nature Communications, 2018, 9, 4320]. Кроме того, отношение сигнал-шум на фотон также увеличивается примерно на порядок. Эти результаты показывают, что структура с многоточечной связью выгодна для современных квантовых устройств.
3. Топологические квантовые датчики со свободными фермионами (arXiv)
Автор:Саубхик Саркар, Чиранджиб Мухопадхьяй, Абхиджит Аласе, Абольфазл Баят
Аннотация:Квантовые фазовые переходы второго порядка с хорошо известными особенностями, такими как дальнодействующая запутанность, нарушение симметрии и закрытие промежутка, демонстрируют квантовое усиление для определения критичности. Однако неясно, какая из этих функций отвечает за это улучшение. Чтобы решить эту проблему, мы исследуем фазовые переходы в топологических системах со свободными фермионами, которые не демонстрируют ни нарушения симметрии, ни дальнодействующей запутанности. Мы аналитически демонстрируем, что квантовое расширенное зондирование возможно с использованием топологических краевых состояний вблизи фазовой границы. Примечательно, что такое улучшение сохраняется и для основных состояний таких моделей, которые доступны в твердотельных экспериментах. Мы иллюстрируем результаты с помощью одномерной цепи Су-Шриффера-Хегера и двухмерного изолятора Черна, оба из которых доступны экспериментально. Хотя ни нарушение симметрии, ни дальнодействующая запутанность не являются существенными, закрытие промежутка остается основным кандидатом на роль конечного источника улучшенного квантового восприятия. Кроме того, мы также предоставляем фиксированную и простую стратегию измерения, которая обеспечивает почти оптимальную точность для обнаружения с использованием общих краевых состояний независимо от значения параметра. Это прокладывает путь к разработке топологических квантовых датчиков, которые, как ожидается, также будут устойчивы к локальным возмущениям.
4.SpaceQ — прямое обнаружение сверхлегкой темной материи с помощью космических квантовых датчиков (arXiv)
Автор: Ю-Дай Цай, Джошуа Эби, Марианна С. Сафронова
Аннотация:Недавние достижения в области квантовых сенсоров, включая атомные часы, позволяют проводить поиск широкого круга кандидатов в темную материю. Вопрос о распределении темной материи в Солнечной системе критически влияет на охват экспериментов по прямому обнаружению темной материи. Частично мотивированные Атомными часами дальнего космоса (DSAC) НАСА, мы показываем, что космические квантовые датчики открывают новые возможности для поиска сверхлегкой темной материи, особенно состояний темной материи, связанных с Солнцем. Мы показываем, что космические квантовые датчики могут исследовать неисследованное пространство параметров сверхлегкой темной материи, охватывая теоретические цели релаксации, мотивированные естественностью и смешиванием бозона Хиггса. Если бы атомные часы могли производить измерения внутри Солнечной системы, они могли бы напрямую исследовать эту высокочувствительную область и установить очень жесткие ограничения на существование такого гало в связанном состоянии в нашей Солнечной системе. Мы представляем прогнозы чувствительности космических зондов сверхлегкой темной материи, взаимодействующей с электронными, фотонными и глюонными полями, на основе текущих и будущих атомных, молекулярных и ядерных часов.
5. Квантовый датчик повышенной критичности при конечной температуре (arXiv)
Аннотация:Обычные квантовые метрологические схемы, основанные на критичности, работают только при нулевой или очень низкой температуре, потому что квантовая неопределенность вокруг точки квантового фазового перехода обычно стирается тепловыми флуктуациями с повышением температуры. Такое требование сверхнизких температур сильно ограничивает развитие квантовой критической метрологии. В этой статье мы предлагаем сценарий квантового зондирования с термодинамической критичностью при конечной температуре. В нашей схеме кубит используется в качестве квантового датчика для оценки интересующих параметров модели Дике, которая испытывает термодинамический фазовый переход. Выявлено, что термодинамическая критичность модели Дике позволяет значительно повысить точность зондирования. Наше открытие, расширяющее возможности квантовой критической метрологии, дает возможность реализовать высокочувствительные квантовые датчики без охлаждения.
