Development of NV-centre entangled QuBit array concept for quantum sensing and metrology in molecular environment
Project goals
Fundamental research on quantum nuclear magnetic resonance (NMR) opens novel detection concepts for biochemists and biologists for supersensitive chemical analysis of individual molecules or NMR detection of analytes in sub-picolitre volumes. This project is based on our work on electric detection of spin states, developed in previous projects, enabling coherent readout of a single electron NV spin and a nearby nuclear spin. We will develop a new detection principle by entangling NV electron spins and construct a small quantum processor working as a nanoscale quantum sensor to detect nuclear spins nearby. This basic concept will provide us with local access to quantum correlations, such as J-J couplings, spin densities, and chemical shifts. Further on, we will apply our entangled sensors in microfluidics to study diffusion in sub-picolitre analytes. This project is supported by the theoretical design of quantum protocols, description of molecular diffusion, and development of novel molecular self-assembling methods.
Keywords
Nanoscale NMRQuantum NMRNV centrum diamondBiosensorsDiamondQuantum optics
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
SGA0202400001
Main participants
České vysoké učení technické v Praze / Fakulta biomedicínského inženýrství
Contest type
VS - Public tender
Contract ID
24-12984S
Alternative language
Project name in Czech
Vývoj kvantově provázaných NV center jako nový koncept pro kvantovou metrologii a detekci molekulárních systému
Annotation in Czech
Základní výzkum kvantové nukleární magnetické rezonance (NMR) otevírá nový koncept detekce pro biochemiky a biology a je zaměřen na super citlivou chemickou analýzu jednotlivých molekul či NMR detekci analytů v sub-pikolitrových objemech. Tento projekt cílí na elektrickou detekci elektronových spinů, koncept vytvořený v minulých projektech, umožňující koherentní detekci spinu jednoho elektronu nitrogen-vacancy (NV) centra v diamantu a individuálního blízkého nukleárního spinu. V projektu vyvineme nový koncept kvantové detekce založené na kvantovém provázání NV elektronových spinů a vytvoříme kvantový senzor sloužící k detekci nukleárních spinů v blízkém okolí. Navrhovaný koncept lze využít k lokálnímu přístupu ke kvantovým korelacím, např. J-J vazba, spinová hustota nebo chemický posuv. Následně budeme využívat nášeho kvantově provázaného senzoru v mikrofluidiku, pro studium analytů v sub-pikolitrových objemech. Tento projekt je podporován návrhem teoretických kvantových protokolů, popisem molekulární difúze a základním výzkumem nových molekulárních samo-skladných metod.
Scientific branches
R&D category
ZV - Basic research
OECD FORD - main branch
10301 - Atomic, molecular and chemical physics (physics of atoms and molecules including collision, interaction with radiation, magnetic resonances, Mössbauer effect)
OECD FORD - secondary branch
10610 - Biophysics
OECD FORD - another secondary branch
—
BE - Theoretical physics
BO - Biophysics
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2024
Realization period - end
Dec 31, 2026
Project status
B - Running multi-year project
Latest support payment
Feb 27, 2024
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP25-GA0-GA-R
Data delivery date
Feb 21, 2025
Finance
Total approved costs
5,535 thou. CZK
Public financial support
5,535 thou. CZK
Other public sources
0 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
5 535 CZK thou.
Public support
5 535 CZK thou.
100%
Provider
Czech Science Foundation
OECD FORD
Atomic, molecular and chemical physics (physics of atoms and molecules including collision, interaction with radiation, magnetic resonances, Mössbauer effect)
Solution period
01. 01. 2024 - 31. 12. 2026