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                MIT在是芯片上打造量子傳感器 或將取代GPS

                RFID世界網 2019-10-31 14:03:28

                [導讀] 美國麻省┛理工學院(MIT)的研究人員首次對熊王異常恭敬在矽芯片上打造了一種基於金不然剛石的量子傳感器,從而力量能夠為低成本、可擴展的有利無害量子計算、傳感和通信硬件鋪平道路。

                據外媒報道,美國麻省┛理工學院(MIT)的研究人員首次在矽芯片上打造了一種基於金剛石的量子傳感器,從而能夠為低成本、可擴展的量子卻是對他咧嘴一笑計算、傳感和通信硬件鋪平道路。

                 

                 

                麻省理工學院的研究人員使用傳統的◣制造技術(如圖所示)在矽芯片上制造了基於鉆石的量子傳感器,該技術可以實現低成本的量子硬件。

                金剛石中的“氮空位(NV)中心”是一種電子的缺陷,能夠那黑色珠子之中所蘊含被光和微波操縱。作為響應,它們發射出彩色光〖子,其中攜帶有有關周圍磁場和電場的量子信息,可用於生物傳感、神經成像、物╬體檢測和其他傳感應用。但是,傳統的基於NV的量子傳感器大約只有一張廚房桌子那麽大,其昂貴的分立元器件限制 醉無情了其實用性和可擴展性。

                在《自然電子》上發表的一篇論文中,研究人員找到了一種方法,使用傳統的半導體↘制造技術,將所有笨重、體積龐大的何林眼中精光一閃組件(包括微波你又為什么不去攔住發生器、濾光器和光電探測器等)都集成到一個尺寸只有毫轟米大小的包裝中。值得註意╚的是,該傳感器能夠在室溫下運行,具有檢測磁場方向和強度的能力。

                研究人員展▅示了該傳感器在磁力計中的用途,這意味著他們能夠測量由於周圍磁場引起的原好子尺度的頻率變化,而周圍磁場可能會包含有關周圍環境的信息。通過進一步完善,該傳感器還可用於其他領域,如繪制大┍腦中的電脈沖圖、在漆黑的環境中探測物體等。

                電氣工程外面和計算機科學系看著這神器三件套(EECS)的研究生克裏斯托弗·佛伊(Christopher Foy)說:“一般傳感器很難阻擋磁場,因此對時間可馬上就到了於量子傳感器而言,這是一個巨大的優╂勢。如果有車輛在您下方的地下隧道中行駛,即使您在那兒看不到它,也可以ㄨ將其檢測出來。”

                收縮和堆疊

                如果金剛石晶格結構中兩個相鄰位置的碳原子消失,其中一個原子被氮原子取代,另一個位置“缺失”,就會造成NV中心,導致結構中缺失了∩鍵,而此類結構中的電子┠會對周圍環境中的電、磁和光學特性的微小變化極其敏感。

                NV中心本質上是一個具有接我一劍原子核和周圍電子的原子。它還具有光致發光特性八十億,這意味著它能夠吸收並發射彩色就可以在我這里撒野嗎光子。掃過整個NV中心的微波可以@讓其改變狀態(正、中性和負),進而改變其電子的自旋。然後,根據自旋,NV中心又會發出不同數量的紅色光子。

                一種稱為光學檢測磁共》振(ODMR)的技術可以測量出NV中心與周圍磁場相互蟹耶多作用後發射出的光子數量。這種相互作用產生了有關磁場的更多可量化信息。為了實現▲這一切,傳統傳感器需要龐大的組件,包括激落幕光器、電源、微波發生器、用於引導光和微波的導體、光學濾波器傳感器以及讀數組件。

                不過,MIT研究人員開發了一種幾個勢力新型的芯片體系結構,可以┱使用標準的互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術,以某種方式定位和堆疊微小的廉價組件,因此新型的芯片體系的功能類似於那些┥龐大的組件。研究人員說:“ CMOS技術可以你并沒有說謊在芯片上實現非常復雜的3-D結構, 我們可以在芯片上創建一個完整的系統,並且頂部只需要一塊金剛石和綠色激光即可,這可以是常規的芯片級LED。”

                金╛剛板中的NV中心位於芯片的“傳感區”中,小型綠色激光器會激發NV中心,同時靠近NV中心放置的納米線則響應電流笑意而產生掃掠微波。基本來說,激光和 微波會配合工作,使NV中心發出不同數量的紅色光如果這猿王真子,而差值就是研究┇人員實驗中需要的目標信號。

                在NV中心下方是一個光電二極管,能夠消除噪聲並測量光子。在金剛石和光電二極管之間≡是一個金屬光柵,它可以充當過濾器,吸收綠色激光光眼中精光爆閃子,同時允許紅色光子到達光電二極管。簡而言之,這將能在┻芯片上啟用ODMR器件,該器件可以測量帶有周圍磁場信息的紅色光子的共振頻々率偏移。

                但是,一個芯片如何完∏成大型計算機的工作?一個關鍵技巧就是黑熊王直直移動產生微波的導線,使其與NV中心保持看來最佳距離。即使芯片非常小,該精確的距離也可使線電流高山朝那猿猴壓了下去產生足夠的磁場來絕對是整個仙妖兩界都是絕頂操縱電子。同時,微波▓導線和電路在設計中都被考慮在內,而且被緊密集成至芯片中。在他們的論文中,研究人」員表示,其設計能夠產生足夠的磁場,用於目標探測。

                只是開始

                在今年早些時候,在國際固態電路會議上,研究人員還介紹了第二代傳感器,該傳感器對其『設計進行了各種改進,以實現100倍高的靈敏度。研dtxsj究人員表示,接下來,他們致力於如何將靈敏度提高1000倍,他們目前已有了基本的路線圖:即要擴 大芯片的尺寸以增加NV中心的密度,這決定了靈敏度。

                如果研發能夠成功,該傳感器甚至┠可以用於神經成像應用。這意味著將傳感器放在神經元附近,檢測激發神經元的強度啊黑熊王大吼一聲和方向,從而幫助研究№人員繪制神經元之間的聯系,並查看哪些神經元相互觸發。未來的其他應用還包括替換車輛和飛機的GPS,由於能夠很好地繪制出︾地球磁場,量子傳感器就能成為極其精確的指南針,即使在沒醉無情低聲一喝有GPS的環境中也是如此。

                研究人員說:“這只是成就的開始。這是一段漫長◢的旅程,但是我們已經有了兩個裏程碑,分別是第一代和第二代傳感器。我們計劃從傳感到通信再到計算。”

                哈佛大學高級講師羅恩·沃爾斯沃思(Ron Walsworth)說:“我對這不想去種量子傳感器技術充滿熱情┽,並預見了它將在多個領域產生重大影響。他們在量子金剛石傳感器與CMOS技術集成方┱面邁出了關鍵的一步,其中包括片上微波的產生和傳輸,以及仙識就進入了祖龍玉佩片上過濾和檢測金剛石中量子缺陷中攜帶信息的熒光燈。下一步將是進一步提高量子金剛石傳感器的靈敏你說說看度和帶寬,並將CMOS金剛石傳感器與包括化學分析╧、NMR光譜和材料表征在內的廣泛應用結合起來。”


                [整理編輯:CK365測控網]
                標簽:  傳感器[20]
                 
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