Pesquisadores do MIT desenvolveram uma nova técnica que permite a sensores quânticos sólidos medir simultaneamente diversas propriedades físicas. O método elimina a necessidade de repetir o experimento para cada parâmetro separadamente.
A demonstração foi reportada em estudo publicado na revista PRX Quantum e detalhada em comunicado oficial do MIT. Segundo o portal Phys.org, sensores baseados em centros de vacância de nitrogênio em diamantes mediram amplitude, frequência e fase de um campo de micro-ondas em um único pulso experimental.
Sensores quânticos sólidos operam em temperatura ambiente e detectam níveis de sinal inacessíveis a sistemas clássicos. Até então, esses dispositivos mediam apenas uma grandeza física por vez, porque diferentes efeitos externos alteram o estado quântico de forma semelhante.
Os cientistas criaram um sensor de 5 milímetros quadrados de diamante contendo centros de vacância de nitrogênio. Nessa estrutura, um átomo de nitrogênio substitui um átomo de carbono e falta um vizinho, criando um spin eletrônico sensível a influências externas.
Um laser excita a fluorescência do diamante enquanto uma antena de micro-ondas estimula o spin eletrônico. Um campo de radiofrequência atua sobre o spin nuclear do nitrogênio, formando dois qubits que foram entrelaçados.
Os dois qubits entrelaçados permitiram medir três parâmetros simultaneamente por meio da técnica de medição de estado de Bell. O experimento focou diretamente na amplitude, no desvio de frequência e na fase do campo de micro-ondas.
A nova abordagem se mostrou mais eficaz do que a repetição de medições individuais ou o uso de sensores tradicionais. Os autores indicam que o método pode se estender a campos elétricos, temperatura, pressão e deformações em materiais.
A importância do avanço reside na capacidade de criar sensores quânticos multifuncionais para ambientes reais. Esses ambientes — biológicos ou materiais heterogêneos — apresentam múltiplas variáveis que mudam ao mesmo tempo e de forma espacial.
Sensores NV que operam à temperatura ambiente são especialmente promissores para estudos internos de células ou dinâmicas em materiais complexos. A nova configuração não alcança a precisão máxima obtida em medições isoladas de cada parâmetro.
O ganho em eficiência, a redução de erros e a maior rapidez compensam a diferença de precisão. Esse resultado abre caminho para aplicações mais amplas na biomedicina e na física de materiais.
No campo da metrologia quântica, o experimento representa a transição da teoria para aplicações práticas da estimativa multiparamétrica. O trabalho supera o domínio anterior de propostas conceituais ou medições com fótons isolados.
Os pesquisadores destacam que o avanço pode aprofundar o entendimento de ondas de spin em materiais. O método também permite detectar variabilidades espaciais de temperatura, pressão e processos vivos como o metabolismo celular.
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