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量子传感器

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量子传感器利用量子力学的特性,如量子纠缠、量子干扰和量子态挤压,这些特性具有优化的精度,并击败了目前传感器技术的极限。量子传感领域涉及到量子源(如纠缠)和量子测量的设计和工程,能够在一些技术应用中击败任何经典策略的性能。这可以用光子系统固态系统来完成。

量子传感器的特点

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在光子学和量子光学中,光子量子传感利用纠缠、单光子和挤压态来进行极其精确的测量。光子传感利用连续可变的量子系统,如电磁场的不同自由度、固体的振动模式和玻色-爱因斯坦凝聚物。这些量子系统可以被探测到,以描述两个量子状态之间的未知转变。有几种方法可以改善光子传感器对目标的量子照明,这些方法通过使用量子相关来改善对微弱信号的探测。量子传感器通常建立在连续变量系统上,即以连续自由度为特征的量子系统,如位置和动量四分仪。基本工作机制通常依赖于光的光学状态,通常涉及量子力学特性,如挤压或双模纠缠。这些状态对通过干涉测量检测到的物理变化很敏感。量子传感也可以利用在非光子领域,如自旋量子比特、被困的离子、通量量子比特纳米粒子。这些系统可以通过它们所反应的物理特性进行比较,例如,被困住的离子对电场有反应,而自旋系统会对磁场有反应。捕获的离子在其量化的运动水平上是有用的,它与电场强烈耦合。它们已被提议用于研究表面以上的电场噪声,最近还被提议用于旋转传感器。在固体物理学中,量子传感器是一种对刺激物有反应的量子装置。通常这指的是一个具有量化能量水平的传感器,它使用量子相干性来测量一个物理量,或者使用纠缠来改善测量,超过经典传感器所能做到的。固态量子传感器有4个标准。系统必须有离散的、可分辨的能量水平。你可以初始化传感器,你可以执行读出(打开并得到答案)。你可以相干地操纵传感器。传感器与一个物理量相互作用,并对该量有一些反应。研究和应用量子传感器在各种领域都有应用,包括显微镜定位系统、通信技术、电场和磁场传感器,以及地球物理领域的研究,如矿物勘探和地震学。许多测量设备利用量子特性来探测测量,如原子钟、超导量子干涉装置和核磁共振光谱。随着新技术的发展,单个量子系统可以被用作测量设备,利用纠缠、叠加、干涉和挤压来提高灵敏度并超越经典策略的性能。早期量子传感器的一个好例子是雪崩光电二极管(APD)。APD已经被用来检测纠缠的光子。通过额外的冷却和传感器的改进,可以用于医学成像等领域的光电倍增管(PMT)。APD,以二维甚至三维堆叠阵列的形式,可以被用来直接替代基于硅二极管的传统传感器。

量子传感器

美国国防部高级研究计划局(DARPA)启动了一项光学量子传感器的研究计划,旨在利用量子计量学量子成像的想法,如量子光刻和NOON状态,以便用激光雷达等光学传感器系统实现这些目标。美国判断量子传感是用于军事用途的最成熟的量子技术,理论上可以在没有覆盖的地区取代GPS,或者可能与ISR能力发生作用,或者探测潜艇或地下结构或车辆,以及核材料。光子量子传感器、显微镜和引力波探测器对于光子系统,目前的研究领域考虑反馈和自适应协议。这是辨别和估计玻色子损失的一个活跃的研究领域。将受挤压的光注入干涉仪,可以对无法被经典检测到的微弱信号有更高的灵敏度。量子传感的一个实际应用是在引力波传感中实现的。重力波


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