Kuantum Sensörlerinde Tahribatsız Muayene: Tahribatsız Muayene, soğuk atom kuantum durumu ölçümlerinde kullanılan sensörleri hızlandırabilecektir. Soğuk atom interferometrisine dayalı kuantum durumu sensörleri, yer altı yapılarının haritalanmasını ve daha hassas seyir sistemleri oluşturmayı içeren tahmini uygulamalarla temel fizikteki en doğru araçlar arasındadır. Ancak hızları, ölçüm sürecinin tipik olarak dikkatlice hazırlanmış atomik numuneyi yok etmesi gerçeğiyle sınırlıdır, bu da her ölçüm için yeni bir numunenin oluşturulması gerektiği anlamına gelmektedir. Bu en hızlı sensörler için bile birkaç yüz milisaniye sürecek bir seviyededir. Kuantum Sensörlerinde Tahribatsız Muayene konusunun artık detaylarına girebiliriz.
Fransa’daki Observatoire de Paris’teki SYRTE’deki araştırmacılar, belirli kuantum durumu ndaki atomların sayısını veya popülasyonunu ölçmek için mikrodalgalar kullanan, tahribatsız yeni bir yöntem geliştirdiler. Yeni yöntem, deneycilerin saniyede yaklaşık 30.000 kez kuantum algılama ölçümleri gerçekleştirmesine olanak tanımaktadır. Bu durum mevcut ticari cihazlarla rekabet eden bir zaman ölçeğinde geniş ölçümleri tamamlamayı mümkün kılabilecektir.
Tahribatsız Muayene Nedir?
Tahribatsız muayene (NDT), bir malzemenin, bileşenin veya sistemin özelliklerini hasara neden olmadan değerlendirmek için bilim ve teknoloji endüstrisinde kullanılan geniş bir analiz teknikleri grubudur. Tahribatsız muayene sınavı (NDE), tahribatsız muayene (NDI) ve tahribatsız değerlendirme (NDE) terimleri de bu teknolojiyi tanımlamak için yaygın olarak kullanılmaktadır. Tahribatsız muayene NDT, incelenmekte olan nesneyi kalıcı olarak değiştirmediğinden, ürün değerlendirme, sorun giderme ve araştırmada hem paradan hem de zamandan tasarruf sağlayabilen oldukça değerli bir tekniktir. En sık kullanılan altı NDT yöntemi girdap akımı, manyetik parçacık, sıvı penetrasyon, radyografik, ultrasonik ve görsel testlerdir. Tahribatsız muayene , adli mühendislik, makine mühendisliği, petrol mühendisliği, elektrik mühendisliği, inşaat mühendisliği, sistem mühendisliği, havacılık mühendisliği, tıp ve sanatta yaygın olarak kullanılmaktadır. Tahribatsız muayene alanındaki yeniliklerin, ekokardiyografi, tıbbi ultrasonografi ve dijital radyografi dahil olmak üzere tıbbi görüntüleme üzerinde derin bir etkisi olmuştur.
Mikrodalga Algılama Prensibi
Soğuk atomların tahribatsız ölçümleri, mevcut yöntemler kullanılarak gerçekleştirilebilir. Bununla birlikte, genellikle gerekli olan karmaşık optik sistemler, kompakt, pratik sensörlerin oluşturulmasını zorlaştırmaktadır. William Dubosclard, Seungjin Kim ve Carlos L Garrido Alzar’dan oluşan SYRTE ekibi, bunun yerine mikrodalgalara dayalı bir sistem geliştirerek bu soruna çözüm bulduklarını açıkladılar. Çözümleri, bir anten tarafından bir ortama yayılan mikrodalga gücünün, o ortamın radyasyon direncine bağlı olduğu gerçeğinden yola çıktılar.
SYRTE deneyinde, ortam, yaklaşık 3 µK sıcaklıklarda hazırlanmış 10 bin rubidyum atomundan oluşan bir örnektir. Deneyciler, bir mikrodalgalar demetini atomlara yönlendirmek için bir anten kullanarak ve ardından atomların yansıttığı mikrodalga sinyalini gözlemleyerek atomların kuantum
durumu nu tespit edebildiler. Mikrodalga yansımaları zayıf olsa da, araştırmacılar mikrodalga frekansını rezonans durumunda ki bir atomik geçiş boyunca taradıklarında bunlarda net varyasyonlar gördüler.
Soğuk Atomları Tespiti
Ekip, Rabi salınımları olarak bilinen tutarlı kuantum etkilerini ölçerek algılama yöntemlerinin tahribatsız doğasını kanıtladı. Bu sinüzoidal modeller, neredeyse rezonans ışık uygulandığında atom popülasyonları iki atomik enerji durumu arasında salınır ve soğuk atom interferometrisinin temelini oluşturmaktadır. Tipik bir deneyde, bu modeller birden çok atom numunesi oluşturularak ve numune başına bir veri noktası alınarak gözlemlenir. Ancak bu durumda, araştırmacılar tek bir örnekle Rabi salınımlarını gözlemlemeyi başardılar. Salınımları devam ettirmek için de bir mikrodalga anten ve tekrarlı algılama yapmak için de başka bir mikrodalga anten kullandılar.
Yöntemleriyle elde ettikleri salınımların genlikleri arasında çoklu örnekleme yöntemine kıyasla hiçbir fark gözlemlememişlerdir. Bu, tespit bant genişliğini 30 kHz’e yükseltse bile tekniklerinin herhangi bir ek atom ve eş evreli kayıplara neden olmadığını doğrulamaktadır.
Garrido Alzar, Physics World‘e yeni algılama yöntemlerinin gürültü seviyesini karakterize etmeyi ve bunun kuantum durumu atalet sensörlerinin performansını nasıl etkileyeceğini araştırmayı planladıklarını söylüyor.
www.physicsworld.com ‘dan derlenmiştir.
Derleyen : Hasan Ongan – ODTÜ 93
İlk yorum yapan olun