新设计可助提升量子传感器性能

澳大利亚阿德莱德大学研究人员针对超导量子干涉器件（SQUID）提出一种新设计，可帮助提高由这类器件构成的量子传感系统性能。研究论文近日发表在美国《物理评论·应用》杂志上。

SQUID由“约瑟夫森结”和超导体闭合环路构成，是许多现代量子传感系统的核心器件。“约瑟夫森结”是由两层超导体夹着极薄绝缘层所构成的“三明治”结构。

此前已知，通过将多个SQUID环路组合成二维阵列，可以制造出超高性能射频传感器。如果要将这类设备作为绝对磁力计使用，需要使构成二维阵列的每个SQUID环路面积互不可约。这种方法虽然有效，但会降低器件的整体灵敏度。

研究团队提出一种更简便的解决方案：保持SQUID环路尺寸一致，同时将部分环路替换为不含“约瑟夫森结”的“裸环路”。这些“裸环路”改变了磁信号的传播方式，使传感器在无需采用大量不同尺寸环路情况下，达到类似工作效果。这一新设计有助于释放量子传感技术的全部潜力。

研究人员还对这一设计的理论基础进行了解析，并通过在极低温下运行的超导电路对该设计的有效性进行了实验验证。结果显示，新设计的表现与理论分析一致。

研究团队表示，新设计未来可能应用于脑部监测、射频接收和电磁传感等领域，还有望简化器件制造流程、降低成本，但在商业化应用前仍需进一步测试。