量子传感器在测量磁场、电场、重力、加速度和旋转方面的表现优于传统传感器。尽管有这些好处,将这些原始量子传感器集成到平台上仍面临许多挑战。具体来说,来自平台和系统组件的电磁场、场梯度和振动会在量子层面干扰量子传感器。这些平台干扰源来自机载电子、电源和通信系统组件,并在量子传感层面产生不利影响。这些组件的扰动会降低相干时间并改变量子传感器的能级,从而缩短传感时间、降低灵敏度并降低传感器整体性能。目前针对这些平台衍生扰动的解决方案包括将传感器放置在远离扰动(吊杆、大型货舱)或临时传感器隔离器(屏蔽、减震器、姿态稳定器)的地方,这些对将量子传感器集成到国防部平台时构成了重大障碍。
捕获的离子是建造通用量子处理器的有前途的候选者,具有单量量[1]和两分(2-5]门,具有量子误差校正所需的保真度[6,7]。通常使用电动 - 二极孔 - 弗尔登过渡实现,在该过渡中,状态寿命足够长,可以通过自发排放来忽略不可忽略,从而导致几分钟[8-10]或更长的时间[11]。 量子转换通常位于在电肢体转变[12]上工作的光学结构域,或在同一歧管内的超细状态之间的微波域中[13]。 尽管超细量子位位于微波域中,但通常使用刺激的拉曼过渡与紧密聚焦的激光束进行操纵,因为短的光波长可以使单Qubit Soperion [14]和离子自由度和运动自由度之间的有效耦合[15]。 利用刺激的拉曼过渡的激光驱动的操作从根本上遭受了光子散射引起的不忠行动[16-18]。 此外,刺激的拉曼操作对大规模量子处理器的缩放是具有挑战性的,因为需要控制许多高强度激光束并与sub-µm精度对齐。 微波辐射可直接驱动超精细或采率量子[15]。 但是,由于微波辐射的自由空间波长远大于激光光的空间,因此自由空间空间选择性和微波辐射的自旋运动偶联是不切实际的。 有,在该过渡中,状态寿命足够长,可以通过自发排放来忽略不可忽略,从而导致几分钟[8-10]或更长的时间[11]。量子转换通常位于在电肢体转变[12]上工作的光学结构域,或在同一歧管内的超细状态之间的微波域中[13]。尽管超细量子位位于微波域中,但通常使用刺激的拉曼过渡与紧密聚焦的激光束进行操纵,因为短的光波长可以使单Qubit Soperion [14]和离子自由度和运动自由度之间的有效耦合[15]。利用刺激的拉曼过渡的激光驱动的操作从根本上遭受了光子散射引起的不忠行动[16-18]。此外,刺激的拉曼操作对大规模量子处理器的缩放是具有挑战性的,因为需要控制许多高强度激光束并与sub-µm精度对齐。微波辐射可直接驱动超精细或采率量子[15]。但是,由于微波辐射的自由空间波长远大于激光光的空间,因此自由空间空间选择性和微波辐射的自旋运动偶联是不切实际的。有如果一个人能够在微波场中设计出较大的空间梯度,则可以增加几个数量级的空间选择性[19]和自旋运动耦合。实现有效微波场梯度的一种方法是将远场微波与强,静态磁场梯度相结合[20-22]。然而,此方法需要辐射原子涂层技术[23 - 25]才能最大程度地减少反应性,因为量子状态状态需要对磁场敏感。另一种解决方案是将离子定位在微波电流导体的近场状态下[15,26,27];在这里,场梯度取决于导体和导体几何形状的距离,而不是微波的自由空间波长。除了这些方法外,最近还使用射频场梯度振荡近距离接近离子的运动频率[28],最近还证明了一种新型的自旋运动耦合。微波技术比激光技术更成熟,并且用于许多日常设备,例如移动电话。它的成本低于激光系统,并且也更容易控制。微波电路也可以直接整合到离子陷阱结构中,这有助于促进基于芯片的离子陷阱的产生,这些陷阱可缩放到量子“ CCD样”设备中[15,29 - 32]。
靶向药物输送系统旨在提高靶组织或器官的治疗效果,同时降低全身输送相关的脱靶毒性。磁性药物靶向已被证明是一种有效的策略,它利用磁场和氧化铁载体在体内操纵治疗剂。然而,目前磁体的有效靶向范围将这种方法限制在小动物实验或人体浅表部位。在这里,我们生产出可临床转化的磁体设计,能够增加组织对磁场和场梯度的暴露,从而增加载体的积累。首先使用简单的血管流动系统在体外评估氧化铁纳米粒子的捕获效率。其次,使用一系列不同的磁体设计在体内评估磁靶向后这些粒子的积累。我们观察到,与传统的 1 T 圆盘磁体相比,我们的定制磁体的有效靶向深度增加了 4 倍。最后,我们表明这种磁铁可以轻松扩展到人体尺寸比例,并有可能将 100 纳米粒子瞄准人体特定位置 7 厘米深处。© 2020 作者。由 Elsevier Ltd. 出版。这是一篇根据 CC BY-NC-ND 许可开放获取的文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。
囚禁离子具有较长的相干时间、固有的均匀性和较高的门保真度,是量子模拟和通用量子计算的一个有前途的平台[1-8]。实现高保真度多量子比特纠缠门的最常用方法依赖于将内部量子比特“自旋”态与集体运动自由度耦合[1,2,9]。几何相位门——通过运动相空间中封闭的、自旋相关的轨迹产生纠缠——被广泛使用,因为它们对离子温度(在 Lamb-Dicke 极限下)具有一级不敏感性[10-12]。几何相位门利用激光束产生所需的自旋运动耦合,已被用于产生保真度为 ∼ 0 的贝尔态。 999 [7,8],主要误差来自非共振光子散射[13]。其他无激光方案利用静态[14-19]、近量子比特频率[20-25]或近运动频率[20,26-28]磁场梯度引起自旋运动耦合。虽然无激光方案消除了光子散射误差,并且不需要稳定的高功率激光器,但由于其门持续时间通常较长,因此更容易受到其他噪声源的影响。由于场幅度波动导致的量子比特频率偏移或错误校准是使用微波场梯度实现的无激光门的主要误差源[19,21]。最近的研究表明,通过精心的陷阱设计可以被动地减少其中一些偏移[24]。也可以通过添加控制场来执行动态解耦,从而主动减少它们[18,29-32];迄今为止,最好的
散装型固态电池(SSB)构成了一种有希望的电化学能源存储的下一代技术。但是,为了使SSB与成熟的电池技术变得更有竞争力,(Electro)化学稳定,超级离子固体电解质非常需要。多组分或高熵锂含有谷物锂最近引起了人们对其有利的材料特征的关注。在当前工作中,我们报告了增加Li 6+ A P 1- X M X S 5 I实体电解质系统的配置熵,并检查这如何影响结构电导率/稳定性关系。使用电化学阻抗光谱和7个LI脉冲场梯度核磁共振(NMR)光谱法,综合取代被证明会导致非常低的激活能量,以使〜0.2 eV的扩散和高室 - 温度的离子电导率的扩散,高室温度的电导率〜13毫秒〜13 mss-cm-6.5 ge 0.25 [p GE 0.25] SI 0.25 [p si 0.25] Si 0.25 [p] si 0.25 [p] si。 我)。通过互补的中子粉末衍射和魔法旋转NMR光谱测量,从结构的角度合理化了运输特性。Li 6.5 [P 0.25 Si 0.25 GE 0.25 SB 0.25] S 5 I固体电解质也在具有富含Ni层的氧化氧化物阴极的高加载SSB细胞中测试,并通过X射线光电
广义相对论的伟大预言之一是引力波的存在。对双黑洞合并产生的引力波的观测[1]开创了天文学和宇宙学的新纪元。讨论引力波时,一个基本问题是它们的能量。20 世纪 50 年代,人们曾对引力波是否携带能量存在争议。最终,Bondi 通过一个简单的思想实验解决了这一争议[2]。直到 Isaacson 等人的研究,人们才对引力波的能量进行了数学描述,在 Isaacson 的研究中,通过用短波近似对几个波长的波场梯度平方取平均值,得到了引力波的有效能量动量张量[3,4]。在极早期宇宙物理学应用中,感兴趣的涨落波长大于哈勃半径,Mukhanov、Abramo 和 Brandenberger 导出了有效能量动量张量 [5,6]。在这些被称为几何方法的方法中,引力场被分为背景部分和波部分,有效能量动量张量来自波对背景的反作用。另一种方法被称为场论方法,其中有效能量动量张量通过拉格朗日-Belinfante-Rosenfeld 程序导出 [7-9]。结果是伪张量的各种表达式 [10-17]。尽管文献中提出了不同的获取引力波能量的方法,但它们都存在一些缺陷。在几何方法中,需要对引力场进行人工划分,而在场论方法中,伪张量取决于坐标。此外,这两种方法都需要一个额外的复杂平均方案,才能获得有意义的引力场有效能量动量张量。对这些人工对象的依赖会导致一些模糊性。因此,不同的方法
量子计算依赖于开发能够抵抗汉密尔顿量中微小且不受控制的参数变化的量子设备。人们可以通过实时估计这种不受控制的变化来应用反馈,以稳定量子设备并提高其相干性。这项任务对于许多量子平台(如自旋、超导电路、捕获原子和其他用于抑制或纠正错误的平台)都很重要。半导体自旋量子比特具有长相干时间、紧凑尺寸以及与现有半导体技术大规模集成的潜力,因此具有吸引力。然而,到目前为止,自旋量子比特凭借所选设备的高保真操作而大放异彩。进一步的可扩展性和可重复性可能需要主动补偿环境波动。在本论文中,我们专注于实时闭环反馈协议,以估计量子比特汉密尔顿量参数的不受控制的波动,然后提高量子比特旋转的质量。首先,我们使用低延迟量子控制器相干地控制自旋量子比特。该协议使用在砷化镓双量子点中实现的单重态-三重态自旋量子比特。我们在两个控制轴上建立实时反馈,并提高相干自旋旋转的最终品质因数。即使汉密尔顿量的某些分量完全受噪声控制,我们也展示了噪声驱动的相干控制。作为一种应用,我们在两个波动的控制轴存在的情况下实现了 Hadamard 旋转。接下来,我们提出了一种基于物理的实时汉密尔顿估计协议。我们通过根据福克-普朗克方程更新其概率分布来实时估计双点内波动的核场梯度。我们通过基于先前的测量结果自适应地选择电子单重态对的自由演化时间,进一步改进了基于物理的协议。与以前的方案相比,该协议将估计速度提高了十倍。最后,我们提出了一种自适应频率二进制搜索方案,用于有效跟踪共振驱动量子比特中的低频波动。我们实时地实施贝叶斯算法来估计磁通可调的 transmon 量子比特中的低频磁通噪声,其相干性和保真度得到了改善。此外,我们通过门集层析成像显示,我们的频率跟踪协议最大限度地减少了系统中的漂移量。我们的方法引入了闭环反馈方案,旨在减轻退相干的影响并延长量子系统的寿命。这篇论文推动了该领域的发展,即集成量子比特硬件和控制硬件,并实施计算机科学中的贝叶斯估计和优化方法。
场梯度(见公式 1),这可以通过尖锐的电极几何形状产生。这样,亚微米颗粒(例如聚苯乙烯珠和病毒颗粒)也可以通过 DEP 分离或固定 [4,5]。尽管该现象背后的机制仍然是近期研究和讨论的主题 [6–10],但蛋白质 [11,12]、酶分子 [13] 甚至小染料分子 [14] 也可以通过 DEP 操纵。由于在纳米电极上的固定无需标记并且在几秒内完成 [15,16],DEP 可能成为生产生物传感器的一种首选方法。此外,蛋白质分子可以单个固定,正如对平面纳米电极尖端和 R-藻红蛋白 (RPE) 所展示的那样 [12]。首次尝试生产用于单分子实验的蛋白质纳米阵列时,将牛血清白蛋白 (BSA) 固定在一个由 9 个电极组成的小纳米电极阵列上,电极尖端直径为 30 nm。根据施加的场强,蛋白质分子被永久或暂时固定,但尚未证明可以分离为单个分子 [15]。为了将单个酶或蛋白质分子固定在阵列上,需要直径小于颗粒直径的尖锐电极尖端 [16, 17]。通过反应离子刻蚀在硅基电极阵列的标准互补金属氧化物半导体生产工艺方面取得的最新进展使足够小的电极尖端的生产标准化成为可能:生产出数千个锥形电极的阵列,其最小直径约为 1.5 nm,通过化学机械抛光可以调整到更大的直径 [16]。对于生物传感器、芯片实验室设备和单酶分子实验,不仅要确保可靠的捕获,还要确保所涉及酶的高残留活性。原则上,估算了固定化的BSA 的量[18],并显示了抗RPE 抗体和辣根过氧化物酶 (HRP) 的活性[13, 19]。但无法对固定物的活性进行绝对量化。为了评估DEP 固定化酶阵列的适用性,本研究对仅通过DEP 永久固定的酶分子活性进行了定量测定。选择HRP 作为模型酶。HRP 是单亚基、44 kDa 血红素蛋白,具有已知的三维结构和催化途径以及复杂的糖基化模式[20, 21]。这种酶已被深入研究了几个世纪,由于其可用性、高稳定性以及在比色和荧光测定中的高活性,已成为诊断试剂盒和免疫测定的标准化学品[22]。出于类似的原因,它是单酶分子实验的原理验证中很受欢迎的酶[23–28],并且已经证明在纳米电泳后具有活性。