而相对论也表明,重力只是加速度的一种表现:一个优质的重力仪就是优质的加速度计,它也会是一个优质的振动传感器。一旦它们体型足够微小,性能足够强,所有的高精度装置将对汽车制造商,特别是对自动车行业有利,它们将依靠准确感测汽车及其周围环境的运动取得胜利。Bosch 是一家德国公司,它是世界上最大的汽车零部件制造商及许多其他行业的供应商,如今也已注意到其产品量子技术的增强。 该公司的研发总监 Michael Bolle 认为,传感器将成为量子技术首个成功打入市场的产品。他说:「我不是在谈论利基市场,我对触发点感兴趣,即产品进入批量生产阶段的时期。」为了准备这次的市场爆炸,全球的量子技术专家正在争相为自己的发现申请专利。在一些如日本和澳大利亚的国家,量子传感器占了国家专利投资组合的很大份额(如图)。
Bolle 和其他人也对基于「氮空位(nitrogen vacancies)」的传感器感兴趣——即金刚石的全碳网络被缺失的碳原子旁的一个氮原子破坏的位置。这是量子物理学家的地盘:主要通过颠簸时相邻碳原子生成的刚性笼子、波动的外界、容易操纵与测量的氮原子的电子、置于叠加环境甚至让它们彼此缠结来隔离它。类似超灵敏时钟,这些系统对其环境响应灵敏,并且可以作为压力、温度和电流的精确传感器。 最有希望的便是测量磁场。最近有研究表明,氮空位可以检测单个神经细胞的开—关磁场;在人体内部,这个原理同样适用。具有氮空位的纳米级钻石已经用于检测活细胞中的化学变化,来自理论物理研究所和德国乌尔姆量子物理研究所的研究人员已经研究出 NVision,它是一个使用纳米金刚石来匹配目前最佳磁增强的 MRI 技术的启动器,但它仅用四十分之一的成本便能达到 40 倍快的速度。 这些应用中的高性能取决于众所周知的氮空位,它在天然金刚石中偶尔发生,但精确测量中,其位置和数量必须为已知量。进入 Element Six(DeBeers 的子公司,DeBeers 是世界上最大的钻石生产商),他们生产氮空位设计精准的钻石。 捕捉友善的量子幽灵 量子增强(Quantum-enhanced)方法还可以增补其他生物成像技术,比如,正电子放射断层摄影(positron emission tomography (PET)),它能拍摄从注入的放射性追踪剂飞出的高能量 γ 射线光的图片。每个示踪剂分子在与组织的相互作用下于相反方向吐出两个光子,而量子纠缠断层扫描(Quantum-entanglement tomography)就旨在利用这些光子天生的纠缠特性。在 PET 中,因为光子可以弹离身体组织,所以可能难以追踪。每对光子的纠缠使得找出各自来自何方变得更容易,这使得扫描会消耗更少的时间和放射性材料。 Ghost imaging 是另一种利用光子量子性质的有效途径。该技术涉及将光束分成两部分,并将所得到的两个光束对准两个检测器:一个无阻碍;一个通过略微不透明的介质,比如从热的地面或者从烟雾缭绕的房间中升起的湍流空气。因为组成光束的光子互相关联,严格地解释由两个检测器所看到的从而产生眼睛无法看到的图片。在 2013 年,美国陆军的研究人员表明,该技术工作距离超过 2km。 该技术指向了一个有趣的争论:它支持了量子技术社区中关于量子效应如何带来优势的许多次讨论。尽管 Ghost Imaging 在 20 世纪 90 年代被预测到,但是因为光的离散型、光子的可数性,关于量子纠缠是否有用或简单争论仍然非常激烈。量子成像专家格拉斯哥大学的 Miles Padgett 说,「我认为这并不重要。重要的是,我们是否使用我们在量子世界的知识带来了竞争优势?」有了可以检测到一毫米高度差的手持检测器,原则上磁力计可以观察你的每个神经元,成像设备能够看穿整个烟雾弥漫的战场,而且对上面问题的答案更明显是「yes」了。
通讯:我们编制了一个互相纠缠的网络 量子网络可以巩固通信连接 (责任编辑:本港台直播) |