近日，澳大利亚麦考瑞大学（Macquarie University）的研究人员展示了普通超市里的葡萄如何帮助提高量子传感器的性能，从而有可能带来更高效的量子技术提升。
该研究表明成对的葡萄可以产生用于量子传感应用的微波的强局部磁场热点——这一发现可能有助于开发更紧凑、更具成本效益的量子设备。
“虽然之前的研究一直关注于电场引起的等离子体效应，但现在我们表明成对的葡萄还可以增强磁场，这对于量子传感应用至关重要，”麦考瑞大学量子物理学博士生、主要作者Ali Fawaz说。
这项研究源于在社交媒体上病毒式传播的视频，该视频显示葡萄在微波炉中产生等离子体——发光的带电粒子球。
虽然以前的研究侧重于电场，但麦考瑞大学的团队研究了对量子应用至关重要的磁场效应。
该团队使用了特殊的含有氮空位中心的纳米金刚石——作为量子传感器的原子级缺陷。这些缺陷（赋予金刚石颜色的众多缺陷之一）就像一个个微型磁铁，可以用来探测磁场。
“纯金刚石是无色的，但当某些原子取代碳原子时，它们会形成具有光学特性的所谓'缺陷'中心，”该研究的合著者、麦考瑞大学量子技术讲师Sarath Raman Nair博士说。
“我们使用的纳米金刚石中的氮空位中心就是我们所研究的可以用于量子传感的微型磁铁，”他说。
该团队将他们研究的量子传感器（一种含有特殊原子的金刚石）放在一根细玻璃纤维的尖端，并将其定位在两颗葡萄之间。通过光纤照射绿色激光，他们可以使这些原子发出红光。这种红光的亮度揭示了葡萄周围微波场的强度。
“使用这种技术，我们发现当我们加入葡萄时，微波辐射的磁场强度会增加了一倍，”Fawaz 说。
资深作者、麦考瑞数学与物理科学学院量子材料和应用小组负责人Thomas Volz教授表示，这些发现为量子技术微型化开启了激动人心的可能性。
“这项研究为探索量子技术的替代微波谐振器设计开辟了另一条途径，有可能会带来更紧凑、高效的量子传感设备，”他说。
事实证明，葡萄的大小和形状对实验的成功至关重要。该团队的实验依赖于精确尺寸的葡萄（每颗约 27 毫米长），以在金刚石量子传感器的适当频率下集中微波能量。
量子传感设备传统上使用蓝宝石来达到这个目标。然而，麦考瑞的研究团队推测，水可能会实现更好的效果。这使被包裹在薄皮中的葡萄（主要由水组成）成为测试他们理论的完美对象。
“实际上，水在集中微波能量方面比蓝宝石更有效，但它也不太稳定，并且在此过程中会损失更多的能量。这是我们亟待解决的关键挑战！“Fawaz 说。
除了葡萄之外，研究人员目前正在开发更可靠的材料，这些材料可以利用水的独特属性，使我们更接近于实现这种更高效的传感设备。
这项工作得到了澳大利亚研究委员会卓越工程量子系统卓越中心的支持，该研究的详细信息已于 2024 年 12月20日发表在《Physical Review Applied》上。
