Одной из главных характеристик датчиков является их чувствительность. Она определяет их потенциальную пригодность к использованию в той или иной области, где требуется определенная точность. Наиболее актуальным концептом датчиков являются датчики на микрочипах. Их точность высока, но есть сферы, где ее недостаточно и требуются новые датчики с большей точностью. Но тут на пути разработчиков встает проблема – повышенная чувствительность датчиков может быть достигнута только при снижении температурных шумов. Это становится возможным только при понижении температуры до значений, близких к абсолютному нулю.
Оборудование, использующие датчики, способные фиксировать сверхмалые вибрации, уже есть. Однако, его сложно использовать широко, что ограничено не только высокой стоимостью самого оборудования, но и его технической сложностью и громоздкостью. Появление новых сверхчувствительных датчиков, способных уверенно работать при комнатных температурах, могло бы приблизить день появления коммерческих квантовых устройств, сделав их не только более простыми, но и доступными обычным пользователям. И такой датчик уже разработан Ричардом Норте и Мигелем Бесса, двумя учеными, соединившими нанотехнологии и машинное обучение.
Самое удивительное в том, что идея, давшая старт плодотворной работе, возникла почти случайно. Ричард Норте, более 10 лет искал подходящее решение, пока не заметил в одном из углов своей веранды… паутину. Он подумал, что такая конструкция, как паутина может быть крайне чувствительна к воздействиям. Следующим его шагом стала адаптация модели паутины под концепцию сверхчувствительного датчика.
Вместе с Мигелем Бесса и Донгилом Шином им удалось создать подходящий дизайн всего за несколько попыток, используя широкие возможности машинного обучения. Компьютерное моделирование и последующее тестирование доказали возможность успешной работы такого датчика при комнатной температуре, в которой атомы сильно вибрируют, но при этом имеют более высокий коэффициент качества.
Основываясь на новом дизайне Андреа Купертино создал датчик на микрочипе с ультратонкой пленкой из керамического материала толщиной всего несколько нанометров, которая называется нитрид кремния. Они протестировали модель, заставив вибрировать «полотно» микрочипа, измерив время, необходимое для того, чтобы колебания прекратились.
Результат был впечатляющим: рекордная изолированная вибрация при комнатной температуре.
«Мы почти не обнаружили потерь энергии за пределами нашей сети микрочипов: вибрации движутся по кругу внутри и не касаются внешней стороны. Это все равно, что дать кому-то один толчок на качелях, тем самым заставить его качаться почти 100 лет без остановки.»
Работа ученых имеет колоссальное значение для фундаментальной науки. В частности, она открывает новые возможности там, где требуется выполнение сверхмалых изменений энергии и гравитации. Новый датчик, имеющий в своем принципе паутину, сможет приблизить науку к разгадке тайн гравитации и темной материи.