隨著量子技術(shù)的不斷發(fā)展，投資正在全球范圍內(nèi)發(fā)生。很快，我們將看到機(jī)器學(xué)習(xí)模型，財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，化學(xué)催化劑的效率以及新藥物發(fā)現(xiàn)方面的改進(jìn)。

當(dāng)眾多科學(xué)家，公司和政府急于投資量子技術(shù)的新時(shí)代時(shí)，這一創(chuàng)新浪潮的關(guān)鍵部分就是量子傳感器。改善這些設(shè)備可能意味著更強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，更好的疾病檢測(cè)器以及科學(xué)家甚至無法預(yù)測(cè)的技術(shù)進(jìn)步。

芝加哥大學(xué)分子工程研究所的一項(xiàng)科學(xué)研究于10月17日發(fā)表在《自然通訊》上，可能對(duì)量子感測(cè)和整個(gè)量子技術(shù)的發(fā)展世界產(chǎn)生令人振奮的啟示。

該研究的作者之一，分子工程學(xué)院教授Aashish Clerk說：“我們采用了最近提出的一種想法，以制造更好的光學(xué)經(jīng)典傳感器，并詢問相同的想法在量子環(huán)境中是否可行�！� “我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)想法在量子環(huán)境中并沒有真正起作用，但是另一種與之相關(guān)的方法可以為您帶來巨大的優(yōu)勢(shì)�！�

在量子設(shè)置中，光學(xué)傳感器通常受到限制，因?yàn)楣馐怯闪Ｗ咏M成的，并且這種離散會(huì)導(dǎo)致不可避免的噪聲。但是這項(xiàng)研究揭示了一種克服這種局限性的出乎意料的方法。

“我們認(rèn)為我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了構(gòu)建功能強(qiáng)大的量子傳感器的新策略，”科勒克繼續(xù)說道。

定向原則之路

職員和合著者，美國芝加哥大學(xué)博士后學(xué)者Hoi-Kwan Lau受到最近備受關(guān)注的研究的啟發(fā)，這些研究表明了如何顯著增強(qiáng)一種常見的光學(xué)傳感技術(shù)�！凹记伞鄙婕皩⑾到y(tǒng)調(diào)整到一個(gè)特殊的點(diǎn)，或在一個(gè)特定的頻率上將兩種或多種光模式聚集在一起的點(diǎn)。

Lau和Clerk希望了解這種方法是否可以在量子效應(yīng)很重要的環(huán)境中成功。Clerk解釋說，目標(biāo)是解決不可避免的“量子”噪聲-與光既具有波狀特征又具有粒子狀特征這一事實(shí)相關(guān)的波動(dòng)。

研究發(fā)現(xiàn)例外點(diǎn)技術(shù)在量子環(huán)境中無濟(jì)于事，但研究仍產(chǎn)生了可喜的結(jié)果。

克萊克說：“好消息是，我們發(fā)現(xiàn)了另一種構(gòu)建功能強(qiáng)大的新型傳感器的方法，該傳感器甚至在量子狀態(tài)下也具有優(yōu)勢(shì)�！� “這個(gè)想法是建立一個(gè)'定向'系統(tǒng)，這意味著光子只能在一個(gè)方向上移動(dòng)�！�

這種定向原理是基于光子只能在一個(gè)方向上移動(dòng)的原理，是量子感測(cè)技術(shù)的全新發(fā)展。

量子感測(cè)的新發(fā)展

就實(shí)際應(yīng)用而言，高效的量子傳感器可能會(huì)改變游戲規(guī)則。量子系統(tǒng)對(duì)微小的環(huán)境變化敏感，因此這些探測(cè)器具有強(qiáng)大的潛力。

此外，量子行為的某些陌生方面，例如量子糾纏，可能會(huì)使它們變得更強(qiáng)大。量子糾纏甚至對(duì)科學(xué)家來說也是一個(gè)令人費(fèi)解的現(xiàn)象，它描述了如何將兩個(gè)粒子分開很遠(yuǎn)的距離，而對(duì)一個(gè)粒子執(zhí)行的動(dòng)作卻立即影響另一個(gè)粒子�？梢岳�用這種糾纏來使量子傳感器出奇地抵抗某些類型的噪聲。

未來，量子感測(cè)的新發(fā)展可能會(huì)轉(zhuǎn)化為各個(gè)領(lǐng)域的重大進(jìn)步。例如，研究中描述的光學(xué)傳感器可用于檢測(cè)液體中的病毒。它們還可以充當(dāng)超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)中量子位的讀取設(shè)備。

Clerk解釋說：“我們認(rèn)為我們的想法有可能在許多這些應(yīng)用程序中產(chǎn)生重大改進(jìn)�！�

該研究對(duì)量子計(jì)算的意義特別令人興奮。量子計(jì)算機(jī)不僅具有極大提高計(jì)算速度的潛力，而且還可以解決傳統(tǒng)計(jì)算完全不可行的問題。

Lau和Clerk計(jì)劃對(duì)其增強(qiáng)的傳感技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究。職員仍然有很多問題：“什么設(shè)置了我們的傳感器的速度？它的速度是否有基本限制？它可以用于檢測(cè)不一定很小的信號(hào)嗎？”

克萊克解釋說，他們最大的希望是激發(fā)其他研究人員建立利用這種新發(fā)現(xiàn)原理的改進(jìn)量子 傳感器。