摘要：
麦考瑞大学（Macquarie University）的研究人员发现，超市里的葡萄由于其含水量可以增强微波磁场，从而有可能推动紧凑且经济高效的量子传感器的发展。
该研究团队展示了用作量子传感器的纳米金刚石中的氮空位（NV）色心如何放置在大小精确的两颗葡萄之间，进而探测到两倍强的微波磁场。
这项研究强调了水性材料在量子传感应用中的潜力，为传统的蓝宝石谐振器提供了替代方案，并为更高效的量子传感技术铺平了道路。
使用葡萄二聚体将微波与NV色心耦合的实验装置照片。两颗葡萄之间放置了一根从杆上悬伸出来的带有NV自旋的剥离光纤。放置两颗葡萄的平台上还有一根垂直的铜线，与每颗葡萄等距。
据麦姆斯咨询报道，近期，麦考瑞大学的研究人员展示了普通超市的葡萄如何增强量子传感器的性能，从而有可能带来更高效的量子技术。这项研究于2024年12月20日发表在Physical Review Applied期刊上，表明成对的葡萄可以产生强大的局部磁场微波热点，用于量子传感应用——这一发现可能有助于开发更紧凑、更具成本效益的量子传感装置。
麦考瑞大学量子物理学博士生、论文主要作者Ali Fawaz表示：“虽然之前的研究着眼于引起等离子体效应的电场，但我们发现一对葡萄也可以增强磁场，这对于量子传感应用至关重要。”
虽然之前的研究集中在电场方面，但是麦考瑞大学团队研究了对量子传感应用至关重要的磁场效应。该研究团队使用了含有NV色心的纳米金刚石——原子级缺陷，充当量子传感器。这种原子级缺陷就像微型磁铁一样，可以检测磁场。
“纯金刚石（钻石）是无色的，但当某些原子取代碳原子时，它们可以形成具有光学特性的所谓‘缺陷’中心。”研究论文合著者、麦考瑞大学量子技术讲师Sarath Raman Nair博士说，“我们在本研究中使用的纳米金刚石中的NV色心就像微型磁铁一样，我们可以用它来进行量子传感。”
该研究团队将他们的量子传感器（含有特殊原子的金刚石）放在一根细玻璃纤维的尖端，并将其放在两颗葡萄之间。通过用绿色激光照射纤维，可以让这些原子发出红光。这种红光的亮度揭示了葡萄周围微波场的强度。
“使用这种量子传感技术，我们发现当添加葡萄时，微波辐射的磁场强度会提高一倍。”Ali Fawaz说。
研究论文资深作者、麦考瑞大学数学与物理科学学院量子材料与应用小组负责人Thomas Volz教授表示，这些发现为量子传感器小型化带来了令人兴奋的可能性。
Thomas Volz教授说：“这项研究为探索量子传感技术的替代微波谐振器设计开辟了另一条途径，有可能带来更紧凑、更高效的量子传感装置。”
葡萄的大小和形状对实验的成功至关重要。该研究团队的实验依赖于大小精确的葡萄——每颗大约27毫米长——将微波能量集中在金刚石量子传感器的合适频率上。
量子传感器传统上使用蓝宝石来实现微波能量的集中。然而，麦考瑞大学研究团队推测水可能效果更好。这使得葡萄（大部分是包裹在薄皮中的水）成为测试他们理论的完美材料。
“水在集中微波能量方面实际上比蓝宝石更好，但它也不太稳定，并且在此过程中会损失更多能量。这是我们要解决的关键挑战。”Ali Fawaz说道。
除了葡萄，研究人员现在还在开发更可靠的材料，这些材料可以利用水的独特特性，让我们实现更高效的量子传感器。这项工作得到了澳大利亚研究委员会工程量子系统卓越中心的支持。
