量子技術(shù)突破測量極限有望應(yīng)用于智能手機

據(jù)麥姆斯咨詢報道，丹麥哥本哈根大學(xué)（University of Copenhagen）的研究人員發(fā)明了一種“量子鼓（quantum drum）”，可以極其精確地測量壓力、氣體泄漏、熱量、磁性等。該量子鼓甚至可以掃描出單個病毒的形狀。目前，這項技術(shù)已經(jīng)適應(yīng)在室溫下工作，將來可能應(yīng)用于智能手機。

自古以來，人類就試圖測量周圍的世界。目前，哥本哈根大學(xué)的研究人員正在利用量子物理學(xué)定律試圖開發(fā)世界上有史以來最靈敏的測量器件之一。也許在將來的某一天，該測量器件將進入我們每個人的生活之中。尼爾斯?玻爾研究所（Niels Bohr Institute）的研究人員通過兩種創(chuàng)新的解決方案，找到了一種將量子技術(shù)裝進我們口袋的方法。

該器件的核心部分被稱為“量子鼓”：一種可以像鼓面一樣振動的薄膜，但振幅很小，需要量子物理學(xué)定律來描述正在發(fā)生的事情。換句話說，它的振動速度非常快。這意味著該量子鼓可以用作超精密測量器件——超級量子傳感器。

“超級量子傳感器非常靈敏，原則上，我們可以在數(shù)千公里外的哥本哈根地下室監(jiān)測到身在巴黎的人是否在進行雙腿交替跳躍運動，進而捕捉該場景。但因為這需要遠在巴黎的人以每秒140萬次的速度跳躍，所以這只能是想象中的實驗。”尼爾斯?玻爾研究所的量子傳感器團隊負責(zé)人Albert Schliesser教授笑著說道。

撇開設(shè)想不談，超級量子傳感器是真實存在的，并且有很多潛在的用途。通過讀取量子鼓運動時振動的變化，研究人員可以極其精確地測量各種各樣的物理量。

“例如，溫度的變化或氣體的存在將直接影響量子鼓的振動方式，當我們在量子鼓上放置病毒時也是如此。激光可以協(xié)助我們準確地讀取測量結(jié)果。但這僅僅是個開始。”Schlieser教授解釋道，“通過在薄膜上放置一小塊金屬或一小塊磁鐵，我們還可以非常精確地探測電場和磁場?！?/p>

創(chuàng)新可使每個人都能使用量子傳感器

你愿意花多少錢購買一款超級量子傳感器？

這個問題是世界上最大的科技公司之一的首席執(zhí)行官（CEO）提出的，那時他正在參觀哥本哈根尼爾斯?玻爾研究所里Schliesser及其研究小組工作的地下室，他很想了解更多關(guān)于量子鼓的信息。

然而，在實驗室外操作量子鼓薄膜幾乎是不可能的，因為要達到量子狀態(tài)和極高的精度，需要將工作環(huán)境用液氦冷卻到接近絕對零度（約零下250攝氏度）。

Scliesser解釋道：“由于室溫總會不受控制的變動，而高溫環(huán)境下的隨機變動會產(chǎn)生噪音，淹沒測量結(jié)果?！?/p>

然而，氦冷卻裝置笨重、體積龐大且成本高昂，因而成為許多應(yīng)用的阻礙，尤其是對于消費類設(shè)備的大批量應(yīng)用來說。

但在近期，發(fā)表在Optica期刊上的最新研究表明，研究人員已經(jīng)證明，他們可以將自己發(fā)明的減震器和一種特殊的激光冷卻技術(shù)結(jié)合起來，即使在室溫下（即沒有氦冷卻的情況下），也能實現(xiàn)極高的精度。

這意味著超級量子傳感器可以做得非常小，足以放在芯片中。研究人員說：“這將是一款非常小的器件。比如，該傳感器可以被安裝在半導(dǎo)體代工廠的真空系統(tǒng)內(nèi)，以監(jiān)視溫度變化及氣體泄漏?！闭雇磥?，超級量子傳感器甚至有可能被集成到智能手機等消費類設(shè)備中。

類似于磁共振成像（MRI）顯微鏡，量子鼓可能成為對抗病毒的武器

研究人員計劃尋求新的科學(xué)視野。來自瑞士的同事利用Schliesser實驗室的兩個同步量子鼓，首次成功地對單個病毒的表面進行了成像。這是通過掃描扎在病毒身上的超鋒利的針頭，并使用量子鼓測量病毒和針頭之間的力來實現(xiàn)的。

目前，Schliesser和他的同事們正在探索測量病毒內(nèi)部自旋產(chǎn)生的磁力的可能性。其基本原理類似于醫(yī)院掃描儀形成的人體詳細磁共振成像，只是該方法在尺寸上小得多。這可能會產(chǎn)生一種新型強大的工具幫助人們了解和對抗病毒。

Schlieser說：“我們現(xiàn)在正努力使像磁共振成像掃描儀一樣對病毒等微觀物體進行成像成為可能。這將為健康科學(xué)提供一個新工具，除其它用途外，量子鼓可以用來研究新型病毒，以探究它們含有的蛋白質(zhì)種類?！?/p>

審核編輯：劉清