چکیده :
دانشمندان دانشگاه ماکواری روشی نوین برای بهبود عملکرد حسگرهای کوانتومی با استفاده از انگورهای معمولی کشف کرده‌اند. این کشف نشان می‌دهد که می‌توان از مواد ساده و در دسترس برای تقویت فناوری‌های پیشرفته مانند حسگرهای کوانتومی بهره برد. این حسگرها قادر به اندازه‌گیری تغییرات بسیار کوچک در دما، میدان‌های مغناطیسی و دیگر متغیرها هستند و می‌توانند در زمینه‌های مختلفی نظیر پزشکی، امنیت و ارتباطات به کار گرفته شوند.
استفاده از انگور به عنوان منبع برای افزایش کارایی این حسگرها می‌تواند هزینه‌های تولید را کاهش دهد و دسترسی به این فناوری را آسان‌تر کند.
با در نظر گرفتن ویژگی‌های خاص انگور، به ویژه میزان آب موجود در آن و اندازه‌اش، توانسته‌اند نقاطی از میدان مغناطیسی قوی ایجاد کنند. این نقاط داغ، به نوبه خود، به افزایش کارایی حسگری کوانتومی که از تکنولوژی مایکروویو استفاده می‌کند، کمک می‌کنند.
به عبارت دیگر، محتوای آب و اندازه مناسب انگور به عنوان ابزاری برای بهینه‌سازی فناوری‌های پیشرفته در عرصه حسگری کوانتومی مورد استفاده قرار گرفته است. این پیشرفت می‌تواند کاربردهای فراوانی در حوزه‌های علمی و فناوری داشته باشد.
انگورهای خوردنی و سنسورهای کوانتومی :
انگورهای موجود در سوپرمارکت‌ها و میوه فروشی ها معمولاً محصولاتی هستند که به صورت انبوه تولید می‌شوند و برای مصرف عمومی در دسترس قرار می‌گیرند. این محصولات ممکن است تحت استانداردهای خاصی برای کیفیت و ایمنی قرار گیرند. در اینجا صحبت از چگونگی برداشت و تولید آن‌ها نیز مهم است، زیرا کشاورزان ممکن است از تکنیک‌های مدرن برای بهبود کیفیت و کمیت محصول خود استفاده کنند.
سنسورهای کوانتومی ابزارهایی هستند که قادرند با دقت بالایی تغییرات بسیار کوچک در محیط را اندازه‌گیری کنند. این سنسورها می‌توانند برای پژوهش‌های علمی و همچنین در صنعت‌های مختلف، از جمله کشاورزی و مواد غذایی، استفاده شوند. به عنوان مثال، با استفاده از سنسورهای کوانتومی، می‌توان کیفیت انگور را در مرحله برداشت یا ذخیره‌سازی ارزیابی کرد.
محققان دانشگاه مک‌کواری کشف کردند که انگورهای معمولی فروشگاه‌های زنجیره‌ای می‌توانند عملکرد حسگرهای کوانتومی را بهبود بخشند و این کشف مسیر را برای توسعه فناوری‌های کوانتومی کارآمدتر هموار می‌کند.
در این مطالعه که در تاریخ ۲۰ دسامبر ۲۰۲۴ در مجله Physical Review Applied منتشر شده، مشخص شده است که جفت‌های انگور هنگام قرار گرفتن در معرض مایکروویوها، نقاط داغ مغناطیسی متمرکزی تولید می‌کنند. این نقاط داغ برای حسگرهای کوانتومی حیاتی هستند و این پیشرفت می‌تواند به ایجاد دستگاه‌های کوانتومی کوچکتر و مقرون به صرفه‌تر منجر شود.
علی فواز، نویسنده اصلی و دانشجوی دکترای فیزیک کوانتوم در دانشگاه مک‌کواری، توضیح می‌دهد: "در حالی که مطالعات قبلی به بررسی میدان‌های الکتریکی که موجب اثر پلاسما می‌شوند، پرداخته بودند، ما نشان دادیم که جفت‌های انگور می‌توانند میدان‌های مغناطیسی را نیز تقویت کنند که برای برنامه‌های حسگری کوانتومی ضروری هستند."
از پلاسما ویروسی تا نوآوری کوانتومی :
این تحقیق بر پایه ویدیوهای ویروسی در رسانه‌های اجتماعی است که نشان می‌دهند انگور — کره‌های درخشان از ذرات باردار الکتریکی — در مایکروویوها پلاسما تولید می‌کند.
در حالی که تحقیقات قبلی بر روی میدان‌های الکتریکی تمرکز داشتند، تیم تحقیقات مک‌کوری به بررسی تأثیر میدان‌های مغناطیسی پرداخت که برای کاربردهای کوانتومی حیاتی هستند.
تیم از نانو الماس‌های خاصی استفاده کرد که حاوی مراکز نیتروژن-خلاء هستند — نقص‌هایی به مقیاس اتمی که به عنوان حسگرهای کوانتومی عمل می‌کنند. این نقص‌ها (که یکی از دلایل رنگ الماس‌ها هستند) به صورت مغناطیس‌های کوچک عمل می‌کنند و می‌توانند میدان‌های مغناطیسی را شناسایی کنند.
«الماس‌های خالص بی‌رنگ هستند، اما وقتی که برخی اتم‌ها جایگزین اتم‌های کربن شوند، می‌توانند مراکز 'نقص' را با خواص نوری شکل دهند»، می‌گوید دکتر سارات رمان نایر، یکی از نویسندگان این مطالعه و مدرس فناوری‌های کوانتومی در دانشگاه مک‌کوری.
او ادامه می‌دهد: «مراکز نیتروژن-خلاء در نانو الماس‌های مورد استفاده در این مطالعه مانند مغناطیس‌های کوچک عمل می‌کنند که می‌توانیم از آن‌ها برای حسگری کوانتومی استفاده کنیم».
انگور به عنوان ابزارهای کوانتومی :
محققان دانشگاه ماکواری، حسگر کوانتومی خود — که الماسی حاوی اتم‌های خاص بود — را بر روی نوک یک فیبر شیشه‌ای نازک قرار داد و آن را بین دو دانه انگور مستقر کرد. با تاباندن نور لیزر سبز از طریق فیبر، توانستند این اتم‌ها را به رنگ قرمز درخشنده کنند. شدت این درخشش قرمز، قدرت میدان مایکروویو اطراف دانه‌های انگور را فاش کرد.
فواز می‌گوید: «با استفاده از این تکنیک، متوجه شدیم که میدان مغناطیسی تابش مایکروویو دو برابر قوی‌تر می‌شود هنگامی که دانه‌های انگور را اضافه می‌کنیم.»
مفاهیم کوچک سازی فناوری کوانتومی :
نویسنده ارشد، پروفسور توماس ولز، که ریاست گروه مواد و کاربردهای کوانتومی را در دانشکده علوم ریاضی و فیزیکی دانشگاه مک‌کواری بر عهده دارد، می‌گوید یافته‌های این تحقیق امکانات هیجان‌انگیزی را برای کوچک‌سازی فناوری کوانتومی فراهم می‌کند.
او می‌افزاید: “این تحقیق راه جدیدی را برای بررسی طراحی‌های جایگزین رزوناتورهای مایکروویو برای فناوری‌های کوانتومی باز می‌کند که می‌تواند منجر به توسعه دستگاه‌های حسگر کوانتومی کوچکتر و کارآمدتر شود.”
چرا انگور مؤثر است؟! آب و اندازه انگور چه نقشی دارند ؟!
حجم و شکل انگورها در موفقیت آزمایش بسیار مهم بود. آزمایش‌های تیم به انگورهایی با اندازه دقیق — هر کدام تقریباً ۲۷ میلیمتر طول — متکی بود تا انرژی مایکروویو را در فرکانس تقریباً مناسبی برای حسگر کوانتومی الماس متمرکز کند.
دستگاه‌های سنجش کوانتومی به طور سنتی از یاقوت کبود برای این منظور استفاده می‌کنند. با این حال، تیم مک‌کوری نظریه‌پردازی کرد که ممکن است آب حتی بهتر عمل کند. به همین دلیل، انگورهایی که عمدتاً آب درون یک پوست نازک دارند، برای آزمایش نظریه آن‌ها ایده‌آل بودند.
فواز می‌گوید: "آب در واقع بهتر از یاقوت کبود می‌تواند انرژی مایکروویو را متمرکز کند، اما همچنین کمتر پایدار است و در این فرآیند انرژی بیشتری را از دست می‌دهد. این چالش اصلی ماست که باید حل کنیم".
نوآوری‌های آینده الهام‌گرفته از انگور:
نگاهی فراتر از انگور، پژوهشگران در حال توسعه مواد قابل اعتمادتر هستند که می‌توانند از خواص منحصر به فرد آب بهره‌برداری کنند و ما را به حسگرهای کارآمدتر نزدیک‌تر کنند.
منبع: «پیوند چرخش‌های مرکز نیتروژن-خاکستری در الماس با دیمر انگور» توسط علی فواز، سارات رمان نایر و توماس ولز، ۱۹ دسامبر ۲۰۲۴، Physical Review Applied.
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.22.064078
این کار مورد حمایت مرکز برتری سیستم‌های کوانتومی مهندسی شورای پژوهش استرالیا قرار گرفت.
هیچ دیدگاهی برای این مطلب ثبت نشده است.