Kvanttimagnetometrien

Kvanttimagnetometria on tieteenala, joka hyödyntää kvanttimekaniikan ilmiöitä magneettikenttien mittaamiseen. Perinteiset magnetometrit perustuvat usein klassisen fysiikan periaatteisiin, mutta kvanttimagnetometrit saavuttavat huomattavasti suuremman herkkyyden ja tarkkuuden manipuloimalla atomien tai muiden kvanttisysteemien kvanttitiloja. Tällaisia järjestelmiä voivat olla esimerkiksi atomien spin-tilat tai suprajohtavien piirien kvanttitilat.

Keskeisiä kvanttimagnetometrien periaatteita ovat kvanttikoherenssi ja kvanttisupersijoittelu. Koherenssi mahdollistaa kvanttitilojen ylläpitämisen riittävän pitkään, jotta magneettikentän vaikutus voidaan havaita tarkasti. Supersijoittelu puolestaan sallii systeemin olevan useassa tilassa samanaikaisesti, mikä voi parantaa mittaustarkkuutta. Yleisiä kvanttimagnetometrien tyyppejä ovat optisesti pumpattavat magnetometrit (OPM), SQUID-magnetometrit (Superconducting Quantum Interference Device) ja atomi-interferometrimagnetometrit.

Kvanttimagnetometria löytää sovelluksia useilla eri aloilla. Ne ovat erittäin tärkeitä geofysiikassa maankuoren magneettisten poikkeamien tutkimisessa ja mineraaliesiintymien paikantamisessa. Lääketieteessä niitä käytetään esimerkiksi magnetoenkefalografiassa (MEG) aivojen sähköisen toiminnan magneettisten signaalien mittaamiseen, mikä auttaa neurologisten sairauksien diagnostiikassa. Lisäksi kvanttimagnetometrejä kehitetään navigointijärjestelmiin, materiaalitieteeseen ja fundamentaalifysiikan kokeisiin, kuten pimeän aineen etsimiseen. Kvanttimagnetometrian jatkuva kehitys lupaa entistä tarkempia ja monipuolisempia magneettikenttien mittausmenetelmiä tulevaisuudessa.