Применение квантовых сенсоров для биомедицинских приложений

Участники американского индустриального консорциума QED-C подготовили обзор, где рассмотрели перспективы использования в биомедицине квантовых сенсоров, среди которых — магнитометры с оптической накачкой, сенсоры на основе оптических гребенок и на основе примесей в алмазе.

Максим Острась, генеральный директор РКЦ, дал комментарий к этой новости:

«Квантовые сенсоры представляют собой измерительные устройства, которые открывают новые горизонты для решения сложных задач в биомедицинской сфере. Их высокая чувствительность и точность, значительно превышающая возможности традиционных методов, позволяют достигать уникальных результатов в диагностике, мониторинге лечения и изучении биологических процессов. Использование квантовых сенсоров имеет огромный потенциал для улучшения диагностики заболеваний, создания более эффективных методов лечения и повышения общей эффективности здравоохранения.

До недавнего времени квантовые сенсоры были представлены в основном в лабораториях. Однако на сегодняшний день происходит их значительный трансфер из науки в индустрию, в частности в медицину. Так, например, в России есть ряд научных коллективов, разрабатывающих сверхчувствительные магнитометры для магнитоэнцефалографии. Этот метод позволяет с более высокой точностью обнаружить и локализовать эпилептогенные зоны, а также помогает в выявлении на ранней стадии таких комплексных заболеваний, как шизофрения, аутизм, болезнь Альцгеймера и другие».

Физики точно измерили форму ядра свинца-208

Ядра с дважды магическими числами обладают стабильной сферической формой. В природе существует всего пять таких ядер, среди которых есть и свинец-208. Свинец-208 считается самым тяжелым дважды магическим стабильным ядром со значениями магических чисел Z = 82 и N = 126, поэтому его структура представляет особый интерес для ученых.  

Но международной группе физиков удалось доказать, что атомное ядро свинца-208 не имеет стабильной сферической формы. Ученые изучили четыре возбужденных состояния свинца и зафиксировали высокое значение отрицательного квадрупольного момента, из-за которого значения энергий на выходе из ядра стали меньше.

Результаты исследования позволили ученым объяснить, что ядро свинца-208 принимает вытянутую форму, а не сферическую.  

Мы воспринимаем термин «поле» как нечто само собой разумеющееся. А что, если посмотреть на привычный физический термин под другим углом?

Ученые разработали программно-аппаратный комплекс управления устройствами питания систем синхротронной установки «СКИФ» 

«СКИФ» (Сибирский кольцевой источник фотонов) — это синхротрон поколения 4+ с энергией 3 ГэВ и ускорительным кольцом 476 м. Источник синхротронного излучения позволит проводить передовые исследования с яркими и интенсивными пучками рентгеновского излучения.

Главный элемент разработанного программно-аппаратного комплекса синхротрона — это контроллеры, которые предназначены для управления отработки тока источников питания. Контроллеры интегрированы в общую систему управления ускорительного комплекса и обеспечивают постоянный доступ к данным о состоянии управляемых устройств. 

Контроллеры имеют модульную конструкцию и позволяют как применять уже существующее программное обеспечение, так и разрабатывать новое. На данный момент контроллеры прошли стендовые испытания и продемонстрировали базовый функционал, но впереди их ждет проверка и отладка программных характеристик.

❄️Автономный квантовый холодильник для кубитов

Американские и европейские исследователи создали квантовый холодильник, способный охладить сверхпроводниковый кубит до температуры 23,5 мК и, соответственно, вернуть его в основное состояние после выполнения операций. Холодильник состоит из сверхпроводниковых цепей и для работы использует исключительно тепловую энергию из окружающего пространства. Исследователи использовали холодильник для охлаждения трансмонового кубита.

Данный подход позволяет успешно обнулить состояние кубита после проведения вычислений с вероятностью 99,97%, что превосходит вероятности для уже существующих систем (99,8–99,92%).

В Новосибирске разработали фоточувствительную структуру для оптоэлектроники

Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) применили германо-силикатное (GeSixOy) стекло для создания фоточувствительной структуры. Подобные стекла обладают высокой прозрачностью и однородностью, а также определенной преломляющей способностью.

Материал состоит из кремниевой подложки с тонким диэлектрическим слоем оксида кремния и прозрачным проводящим электродом с промежуточным слоем германо-силикатного стекла. Конструкция позволяет регистрировать электрический ток, возникающий в фотоэлементе при воздействии света. 

Разработка НГУ модернизирует техническое зрение в цифровых камерах и фотоаппаратах, а также найдет применение в оптоэлектронике и системах регистрации оптической информации. 

Квантовые точки могут управлять фотохимическими процессами

Квантовые точки способны поддерживать спиновую когерентность (согласованное, синхронное поведение пары частиц, которые могут находиться в двух разных состояниях и периодически переключаться между ними) даже при комнатной температуре. Это свойство вдохновило исследователей Даляньского института химической физики Академии наук КНР на создание гибридных радикальных пар (радикальные пары — это совокупности двух свободных радикалов в структурной ячейке, образуемой молекулами жидкости или твердого тела), где органические молекулы на поверхности квантовых точек вступают во взаимодействие с электронными состояниями самой точки. Такой подход позволяет управлять фотохимическими свойствами гибридной системы с помощью внешнего магнитного поля.

Созданные квантовые материалы могут использоваться в гибридной неорганической/органической оптоэлектронике, а также при создании квантовых сенсоров и новых инструментов для исследований в биологии и химии.

Ученые смоделировали слияние нейтронных звезд

Слияние этих звезд вызывает гамма-всплески такой мощности, что они могут создать магнитное поле, значительно превышающее магнитное поле Земли. Поэтому своевременное обнаружение слияния и исследование нейтронных звезд — актуальная для ученых задача.

Группа физиков из Германии, Великобритании и США предложила модель машинного обучения, которая выполняет полное обнаружение двойной нейтронной звезды всего за 1 секунду. При этом ученые могут получить данные о нахождении звезд до их слияния. Например, такие сведения, как расстояние светимости, наклон и масса звезд.

Модель позволяет направить на объект телескопы еще до того, как до Земли дойдет его излучение, а также определить, какие телескопы подойдут для наблюдения. Алгоритм на 30% точнее других методов анализа, которые при этом требуют больше времени.

Сегодня отмечается Международный день числа «Пи», а еще сегодня день рождения Альберта Эйнштейна. В честь этого мы хотим поделиться с вами забавной цитатой из письма, которое Эйнштейн написал немецкому физику и математику Арнольду Зоммерфельду 14 января 1908 года.

Физики создали новую магнитную квазичастицу — вортион

Один из способов сократить энергозатраты при работе с большими данными — использовать магнитные запоминающие устройства и управлять ими с помощью напряжения, а не тока.

Международная группа ученых нашла решение в управлении магнито-ионными материалами с высокой точностью. Она объединила магнитные вихри в новом магнитном состоянии квазичастицы — вортионе — и отслеживала изменения его магнитных свойств при помощи эффекта Керра.

Вортион — магнитный вихрь, управляемый движением ионов, вызванным электрическим полем. Вортионы включают в себя парамагнитные наноточки соединения FeCoN, которые выращены на пьезоэлектрической подложке. При удалении напряжением ионов азота из материала FeCoN свойства вортионов, такие как зарождение, аннигиляция и остаточная намагниченность, можно регулировать. Получается, что наноточки, которые изначально не обладали магнитными свойствами, можно перевести в несколько состояний — от магнитных вихрей с разными параметрами до состояния с однородной магнитной ориентацией.

Управление магнитным состоянием при помощи напряжения позволяет снижать и предотвращать перегрев устройств, таких как ноутбуки, серверы и центры обработки данных, при этом снижая потери энергии.