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  • 克服量子傳感器發展的主要障礙

    作者:光行天下小萌新譯 來源:物理學家組織網 時間:2023-11-09 17:03 閱讀:219 [投稿]
    研究人員已經消除了基于量子技術的極靈敏監測設備開發的一個關鍵障礙。

    尼爾斯·玻爾研究所(Niels Bohr Institute,NBI)的研究人員已經消除了基于量子技術的極靈敏監測設備開發的一個關鍵障礙。

    監測未出生嬰兒的心跳和其他類型的精密醫學檢查顯示了量子傳感器的潛力。由于這些傳感器利用原子尺度上的現象,它們可以比今天的傳感器更準確。

    哥本哈根大學尼爾斯·玻爾研究所(NBI)的研究人員成功克服了量子傳感器開發的一個主要障礙。他們的研究結果發表在《自然·通訊》上。

    所有生命過程都涉及磁場和組織電導率的微小變化。量子傳感器可以檢測到這些極小的變化。然而,一個關鍵的挑戰是如何區分感興趣的信號和各種類型的噪聲。NBI小組致力于解決這個問題。


    實驗裝置示意圖

    科學文章的主要作者、NBI的尤金·波利克教授說:“量子傳感器已成為納米技術的首批應用之一。我們的發現使這些傳感器更接近應用。我預計我們將在幾年內看到第一個實際應用”。

    除了心臟異常外,還可以檢查其他幾種可能的異常。所有這些,在患者不受干擾的情況下。許多其他檢查,如腦監測,可以通過量子傳感器實現或改進。

    聆聽量子世界的喧囂

    原子、電子和光子的行為由量子力學描述。粒子不僅具有給定的物理性質,而且存在于特定的狀態中。量子傳感方法首先準備光的量子態,用于讀取信號。光的量子態被發送到與探測量子系統相互作用,該探測量子系統受到想要檢測的力或場的影響。相互作用后,光攜帶測量量的信息,可以高精度地檢測到。

    波利克解釋說:“量子探測系統的工程設計必須量身定制,以適應感興趣的信號。這是量子傳感面臨的主要挑戰之一,因為很難完全消除不必要的噪聲!

    即使在消除傳統噪聲源(如房間內的電子設備等)之后,量子力學的影響仍然存在。與傳統的物理學不同,量子力學將以概率函數的形式給出粒子的量子態和其他屬性,或者如果你愿意的話,也可以說是不確定性。

    量子噪聲的一個來源是與光粒子(光子)到達探測器的不確定性相關。這被稱為散粒噪聲。

    此外,隨著光子將動量傳遞給探測傳感器,相互作用本身也是量子噪聲的來源。這被稱為量子反作用。

    在他們的科學文章中,該團隊展示了一種“聽到”來自量子世界的噪聲的方法,從而可以將其消除,從而保留真正感興趣的信號。

    未來在天體物理學中的應用

    除了用于醫學檢查,磁量子傳感器還可能應用于其他領域。一個例子是引力波探測。宇宙引力波的存在最初是由阿爾伯特·愛因斯坦在理論上描述的,現在已經得到很好的證實。

    然而,由于引力波的信號相對于其他類型的宇宙信號較弱,現有的引力波監測方法需要改進。

    磁量子傳感器與引力波天線相結合,可能是應對監測引力波挑戰的答案,從而有助于更深入地了解宇宙的起源和發展。

    相關鏈接:https://phys.org/news/2023-11-major-obstacle-quantum-sensor.html

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