Kvantsensor och kvantmetrologi är tillsammans ett mycket brett forskningsområde som omfattar många olika typer av sensorer för ett stort antal tillämpningsområden. Inom WACQT forskar vi inom ett antal olika områden: biomedicinska tillämpningar, detektering och manipulering av mikrovågssignaler, kvantmetrologi och kvantförstärkta mätningar samt teori.
Projektledare för forskning inom kvantsensor och kvantmetrologi
Peter Samuelsson, peter.samuelsson@fysik.lu.se, +46 46 222 9078
Anne L’Huillier, anne.lhuillier@fysik.lu.se , +46705317529
Vaishali Adya, adya@kth.se, +46 73 765 05 99
Katia Gallo, gallo@kth.se, +46 76 517 33 15
Markus Hennrich, markus.hennrich@fysik.su.se, +46 8 553 786 14
Forskningsprojekt inom kvantsensor och kvantmetrologi
Biomedicinska tillämpningar
Vår fokus är på att utveckla avancerade instrument för medicinsk bildbehandling och biomolekylär analys. Genom att använda kvantstrukturer som sänker ljusets hastighet möjliggörs optisk avbildning djupt in i mänsklig vävnad med molekylär specificitet. Andra projekt utvecklar mikroskop som kan upptäcka mörka molekylära övergångar med hjälp av mikrokavitetsförstärkning, samt kvantspektrometrar som mäter ljusets egenskaper med hög tidsupplösning på enskild fotonnivå för tillämpningar inom kvantsensorik.
Ytterligare forskning undersöker hur ljusfluktuationer från fluorescerande molekyler kan användas för att analysera lokala biologiska förhållanden, såsom syresättning och molekylära interaktioner. Ett annat projekt utvecklar en kvantmagnetisk mikroskop baserad på färgcentra i kiselkarbid, med målet att mäta magnetfält i levande celler med extrem känslighet. Tillsammans visar dessa initiativ hur kvantteknik kan bidra till framtidens biomedicinska diagnostik och forskning på molekylär nivå.
Detektion och manipulering av mikrovågssignaler
Forskning inom mikrovågsdetektion och -manipulation med kvantteknik i Sverige syftar till att utveckla extremt känsliga sensorer och nya typer av kvantkomponenter. Dessa initiativ banar väg för framtidens kvantsensorer och mikrovågsteknologier.
Genom att använda instängda Rydbergjoner undersöks möjligheten att detektera elektriska och mikrovågsfält med mycket hög känslighet, där sammanflätade tillstånd ytterligare kan förbättra mätprecisionen. Forskning pågår även för att generera och detektera enskilda fotoner i ett brett frekvensområde från GHz till THz.
En experimentell plattform med magnetiskt leviterade supraledande partiklar utvecklas som möjliggör kvantkontroll av mekanisk rörelse och därmed skapar nya möjligheter för kvantförstärkt kraft- och accelerationsmätning.
Kvantmetrologi och kvantförstärkta mätmetoder
Forskningen syftar till att utveckla extremt känsliga och precisa tekniker för att mäta krafter, rörelser, ljus och elektromagnetiska fenomen. Genom att kombinera optomekaniska system med fotoniska kristaller på chip, samt utnyttja kinetisk induktans i supraledande nanostrukturer, utvecklas nya metoder för kraft- och positionsmätning med kvantgränsad noggrannhet. Dessa tekniker har potentiella tillämpningar inom exempelvis svepprobsmikroskopi.
Inom ultrafast kvantmetrologi, där elektronvågpaket studeras på femto- och attosekundnivå, samt undersöks möjligheten att överskrida den klassiska upplösningsgränsen vid mätning av emitterseparation. Forskare utforskar även material där ljus rör sig extremt långsamt för att förbättra optiska frekvensreferenser, samt utvecklar kvantspektroskopi med sammanflätade fotoner för att uppnå hög tidsmässig och spektral upplösning. Tillsammans driver dessa projekt fram gränserna för vad som är möjligt inom precisionsmätning med kvantteknik.
Teori
Vi utforskar hur kvantfysik kan hjälpa oss att mäta saker med extrem precision och känslighet. Vissa tittar på hur små strukturer – som kvantprickar och nanotrådar – kan användas för att detektera mycket svaga signaler, såsom mikrovågsstrålning eller elektriska strömmar, genom att använda speciella kvanteffekter som sammanflätning och koherens. Dessa idéer kan leda till nya typer av sensorer som fungerar även i utmanande miljöer och överträffar klassiska begränsningar.
Vi arbetar även med att hitta nya material för kvantsensor, särskilt de som kan detektera väldigt svaga magnetfält eller ljussignaler. Det finns också forskning om hur kvantsystem beter sig när de interagerar med sin omgivning, och hur vi kan använda det för att skapa starka och stabila kvantkopplingar. Vissa projekt syftar till att bättre förstå kvantsammanflätning och hur sammanflätade partiklar växelverkar. Båda är viktiga ingredienser i säker kommunikation och avancerade mättekniker. Tillsammans bygger dessa insatser den teoretiska grunden för framtida kvanttekniker.