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Sep 03, 2023

磁気トラップにより超電導微小球の浮遊と安定が維持される

Potrebbe non sembrare un grosso problema, ma questa minuscola particella sospesa nell’aria potrebbe essere la chiave.

それほど大したことのようには見えないかもしれませんが、この小さな浮遊粒子が新世代の量子センサーの鍵となる可能性があります。 スウェーデンとオーストリアの物理学者は、慎重に設計された磁気トラップを使用して、直径 48 μm の超電導材料の球体を浮遊させ、その動きを特徴付けるのに十分な安定性を保つことに成功した。この成果を、彼らは球体の利用に向けた「重要な第一歩」と表現している。量子状態を作成する位置。 このような位置ベースの量子状態は、計測学や宇宙の質量の 85% を占めると考えられている謎の暗黒物質の探索など、いくつかの分野に応用できる可能性があります。

微小球を浮遊させるために、チームは重力と、さもなければ微小球を表面に貼り付けたままにしてしまうファンデルワールス力の両方を克服する必要がありました。 彼らは、低温で超伝導体となるニオブ製のワイヤーからチップベースの磁気トラップを構築することでこれを実現した。 このトラップは、超電導体内で発生する電流が外部磁場に完全に対抗するマイスナー状態磁場排除として知られるメカニズムを介して、超電導微小球を浮遊させるのに必要な磁場の「ランドスケープ」を作成します。

「私たちの成功の鍵は、浮上を開始し安定を維持するのに十分な磁場強度を達成することでした」とスウェーデンのチャルマーズ工科大学のチームリーダー、ウィレフ・ウィエゾレックは説明する。 「そのためには、実験を加熱することなく、ミリケルビン温度で 0.5 A の電流をセットアップに流す必要がありました。」

浮上は数日間にわたって安定したままでした。 この間、チャーマーズとオーストリア科学アカデミー量子光学・量子情報研究所（IQOQI）の研究者らは、統合されたDC超電導量子干渉装置（SQUID）磁力計を使用して粒子の質量中心運動を測定した。 彼らは、磁気トラップポテンシャルの周波数を 30 ～ 160 Hz の間で継続的に調整しながらこれを行い、これにより粒子の運動の振幅をこれらの周波数シフトの関数として特徴付けることができました。

Wieczorek氏らは、彼らの実験により、力と加速度のより優れたセンサーの開発が可能になる可能性があると述べている。 「私たちの研究は、マイクロメートルサイズの粒子の位置に量子状態を作り出すための重要な第一歩です」とヴィエゾレック氏はフィジックスワールドに語った。 「これにより、粒子の運動を超伝導量子回路に結合する道が開かれ、粒子の運動の量子状態の生成が容易になります。」

量子センサーが暗黒物質のパラメータ空間を縮小

長期的には、このチームのプラットフォームは、暗黒物質探索に応用できる精密な力および加速度センサーに開発される可能性がある、と Wieczorek 氏は述べています。 このような探索に使用される機器は、重力を介して通常の物質と弱くしか相互作用しないと考えられている暗黒物質による変化を検出する希望を得るには、非常に感度が高くなければなりません。

Physical Review Applied で新しい技術を報告している Wieczorek らは、実験のいくつかの技術的側面を改善することによって微小球の運動振幅を低減しようとしていると述べています。 これには、パッシブ極低温絶縁の設置や、キャビティオプトメカニクスの分野で日常的に使用されているフィードバックベースの冷却技術の使用が含まれる場合があります。