尼爾斯·玻爾研究所（Niels Bohr Institute，NBI）的研究人員已經(jīng)消除了基于量子技術(shù)的極靈敏監(jiān)測設(shè)備開發(fā)的一個關(guān)鍵障礙。

監(jiān)測未出生嬰兒的心跳和其他類型的精密醫(yī)學(xué)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(xiàn)象，它們可以比今天的傳感器更準(zhǔn)確。

哥本哈根大學(xué)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(fā)的一個主要障礙。他們的研究結(jié)果發(fā)表在《自然·通訊》上。

所有生命過程都涉及磁場和組織電導(dǎo)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(guān)鍵的挑戰(zhàn)是如何區(qū)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(shí)驗裝置示意圖

科學(xué)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(shù)的首批應(yīng)用之一。我們的發(fā)現(xiàn)使這些傳感器更接近應(yīng)用。我預(yù)計我們將在幾年內(nèi)看到第一個實(shí)際應(yīng)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(jiān)測，可以通過量子傳感器實(shí)現(xiàn)或改進(jìn)。

聆聽量子世界的喧囂

原子、電子和光子的行為由量子力學(xué)描述。粒子不僅具有給定的物理性質(zhì)，而且存在于特定的狀態(tài)中。量子傳感方法首先準(zhǔn)備光的量子態(tài)，用于讀取信號。光的量子態(tài)被發(fā)送到與探測量子系統(tǒng)相互作用，該探測量子系統(tǒng)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(tǒng)的工程設(shè)計必須量身定制，以適應(yīng)感興趣的信號。這是量子傳感面臨的主要挑戰(zhàn)之一，因為很難完全消除不必要的噪聲。”

即使在消除傳統(tǒng)噪聲源（如房間內(nèi)的電子設(shè)備等）之后，量子力學(xué)的影響仍然存在。與傳統(tǒng)的物理學(xué)不同，量子力學(xué)將以概率函數(shù)的形式給出粒子的量子態(tài)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(dá)探測器的不確定性相關(guān)。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(xué)文章中，該團(tuán)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(xué)中的應(yīng)用

除了用于醫(yī)學(xué)檢查，磁量子傳感器還可能應(yīng)用于其他領(lǐng)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(xiàn)在已經(jīng)得到很好的證實(shí)。

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(xiàn)有的引力波監(jiān)測方法需要改進(jìn)。

磁量子傳感器與引力波天線相結(jié)合，可能是應(yīng)對監(jiān)測引力波挑戰(zhàn)的答案，從而有助于更深入地了解宇宙的起源和發(fā)展。

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