0
  • 聊天消息
  • 系統(tǒng)消息
  • 評(píng)論與回復(fù)
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學(xué)習(xí)在線課程
  • 觀看技術(shù)視頻
  • 寫文章/發(fā)帖/加入社區(qū)
會(huì)員中心
創(chuàng)作中心

完善資料讓更多小伙伴認(rèn)識(shí)你,還能領(lǐng)取20積分哦,立即完善>

3天內(nèi)不再提示

糾纏原子可以獲得更準(zhǔn)確、更快的量子傳感器

IEEE電氣電子工程師 ? 來源:IEEE電氣電子工程師 ? 2023-10-21 09:45 ? 次閱讀

被稱為糾纏的奇怪量子現(xiàn)象可以將原子和其他粒子連接在一起,從而使它們可以瞬間相互影響,而不受距離的限制。新的研究表明,利用糾纏可以獲得更準(zhǔn)確、更快的量子傳感器,從而支持GPS等衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)。

量子傳感器依賴于可能出現(xiàn)的效應(yīng),因?yàn)閺淖钚〉慕嵌葋砜?,宇宙是一個(gè)模糊的地方。眾所周知,這些量子效應(yīng)對(duì)外界干擾非常脆弱。然而,量子傳感器利用了這一漏洞,以應(yīng)對(duì)環(huán)境中最輕微的干擾。

量子傳感器越來越達(dá)到前所未有的靈敏度和準(zhǔn)確性,用于潛在的應(yīng)用,如探測(cè)思想磁場(chǎng)、發(fā)現(xiàn)隱藏的地下結(jié)構(gòu)和資源、幫助月球車探測(cè)月球巖石中的氧氣以及收聽暗物質(zhì)的無線電波。

原子鐘是目前最精確的計(jì)時(shí)器,也可以作為量子傳感器。原子鐘監(jiān)測(cè)原子的振動(dòng),類似于落地?cái)[鐘通過擺動(dòng)的鐘擺來計(jì)時(shí)。光學(xué)原子鐘使用激光束捕獲和監(jiān)測(cè)原子,目前的精度低至1阿秒,即十億分之一秒的十億分之一。

原子鐘除了計(jì)時(shí)外,還有許多可能的應(yīng)用。例如,它們是GPS和其他全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)所依賴的精確定時(shí)信號(hào)的關(guān)鍵,以幫助用戶精確定位自己的位置。

科羅拉多大學(xué)博爾德分校(CU Boulder)的量子物理學(xué)家Ana Maria Rey解釋說,糾纏在理論上有助于改進(jìn)量子傳感器,她是詳細(xì)介紹這項(xiàng)新研究的資深作者之一。當(dāng)單個(gè)原子被用作量子傳感器,它們?cè)谀軕B(tài)之間移動(dòng)時(shí),它們本質(zhì)上是有噪聲的。然而,當(dāng)原子糾纏在一起時(shí),它們一致的行為方式可以減少噪音。這使得糾纏原子的信號(hào)更加清晰,改善了實(shí)際測(cè)量,并減少了獲得可靠結(jié)果所需的時(shí)間。

理論上,糾纏可以將宇宙兩端的粒子連接起來。在實(shí)踐中,很難將相距較遠(yuǎn)的原子糾纏在一起。原子與離它們最近的原子有更強(qiáng)的相互作用;距離越大,它們之間的相互作用就越弱??茖W(xué)家們希望增加他們可以糾纏粒子的最大距離,因?yàn)檫@也可以增加他們總共可以糾纏的粒子數(shù)量。

在他們的新研究中,Rey和她的同事們開發(fā)了一種新的方法來糾纏原子,盡管它們相距遙遠(yuǎn)。Rey說:“這為模擬無限范圍的互動(dòng)開辟了一條途徑?!?/p>

在他們的實(shí)驗(yàn)中,科學(xué)家們排列了51個(gè)電捕獲的鈣離子,每個(gè)離子相距約5微米。他們使用激光在離子中產(chǎn)生被稱為聲子的準(zhǔn)粒子振動(dòng)。這些聲子沿著原子線壓縮,這樣它們就可以共享量子信息并糾纏在一起。

產(chǎn)生糾纏的一種方法是通過一種稱為自旋擠壓的過程。所有遵循量子物理規(guī)則的物體都可以同時(shí)以多種能態(tài)存在,這種效應(yīng)被稱為疊加。自旋壓縮在某些方面將所有這些可能的疊加態(tài)減少到只有幾種可能性,而在其他方面則將其擴(kuò)展。

在短時(shí)間內(nèi),相互作用的離子糾纏在一起,形成了一種自旋壓縮態(tài)。然而,隨著時(shí)間的推移,它們轉(zhuǎn)變?yōu)椤柏垹顟B(tài)(https://spectrum.ieee.org/schrodingers-cat-qubit)”。這些狀態(tài)由成對(duì)的狀態(tài)組成,彼此截然相反,就像著名的思維實(shí)驗(yàn)薛定諤貓所經(jīng)歷的模糊的生與死狀態(tài)一樣。Rey說,貓的狀態(tài)是高度糾纏的,這使得它們對(duì)傳感器特別有用。

先前的研究設(shè)計(jì)了原子之間的靜態(tài)連接,因?yàn)槊總€(gè)原子只能與特定的離子陣列相互作用。然而,在這項(xiàng)新的研究中,科學(xué)家們對(duì)激光進(jìn)行了失諧,產(chǎn)生的磁場(chǎng)可能會(huì)使連接隨著時(shí)間的推移而改變。這意味著一個(gè)最初只能與一組原子相互作用的原子最終可以轉(zhuǎn)換為與陣列中的所有其他原子相互作用。

奧地利因斯布魯克大學(xué)的量子物理學(xué)家Christian Roos是該研究的另一位資深合著者,他說:“我們首次證明了如何產(chǎn)生能隨粒子數(shù)量而變化的糾纏?!盧oos、Rey和他們的同事于8月30日在《自然》雜志上詳細(xì)介紹了他們的發(fā)現(xiàn)(https://www.nature.com/articles/s41586-023-06472-z)。

Roos說,有了12個(gè)離子,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)他們的新技術(shù)可以將傳感器中的噪聲降低兩倍多一點(diǎn)。Rey說,未來,他們計(jì)劃將離子捕獲在二維排列中,而不是線性鏈中,這可以幫助他們“捕獲更多的離子并加快動(dòng)力學(xué),產(chǎn)生更好的糾纏”。

Roos表示,總的來說,研究人員希望“在最先進(jìn)的時(shí)鐘中實(shí)現(xiàn)這一策略,這些時(shí)鐘可以處理3D陣列中捕獲的數(shù)千個(gè)粒子,因此原則上可以創(chuàng)建出有史以來最精確的傳感器”。

自旋壓縮糾纏也有利于光學(xué)原子鐘。在另一項(xiàng)研究中,同樣位于科羅拉多大學(xué)博爾德分校的另一組研究人員使用激光將鍶原子固定在一個(gè)二維平面中。被稱為光鑷子的精細(xì)控制光束將原子分成16到70個(gè)原子的組。利用高功率紫外線激光,科學(xué)家們將這些原子的電子激發(fā)到遠(yuǎn)離原子核的Rydberg軌道(https://spectrum.ieee.org/neutral-atom-qubit)。

Rydberg軌道的能量性質(zhì)可以導(dǎo)致原子強(qiáng)烈地相互作用,如相互糾纏。利用自旋壓縮,科學(xué)家們?cè)诙噙_(dá)70個(gè)原子的陣列中產(chǎn)生了糾纏。

使用這些糾纏陣列的時(shí)鐘顯示的信噪比大約是未糾纏時(shí)鐘顯示的1.5倍。這種精度的提高也可以被解釋為更好的速度:該研究的資深作者、科羅拉多大學(xué)博爾德分校的物理學(xué)家Adam Kaufman說,糾纏時(shí)鐘可以在非糾纏時(shí)鐘所需時(shí)間的一半內(nèi)達(dá)到給定的測(cè)量精度。

Kaufman提到,未來的研究可以探索除了自旋壓縮之外產(chǎn)生糾纏的其他方法,看看它們是否會(huì)提高測(cè)量精度。他和他的同事還在8月30日的《自然》雜志上詳細(xì)介紹了他們的發(fā)現(xiàn)(https://doi.org/10.1038/s41586-023-06360-6)。

審核編輯:彭菁

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場(chǎng)。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請(qǐng)聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
  • 磁場(chǎng)
    +關(guān)注

    關(guān)注

    3

    文章

    901

    瀏覽量

    24671
  • 3D
    3D
    +關(guān)注

    關(guān)注

    9

    文章

    2953

    瀏覽量

    110048
  • 原子
    +關(guān)注

    關(guān)注

    0

    文章

    89

    瀏覽量

    20576
  • 量子傳感器
    +關(guān)注

    關(guān)注

    4

    文章

    87

    瀏覽量

    8025

原文標(biāo)題:糾纏原子有助于超精密量子傳感器制備

文章出處:【微信號(hào):IEEE_China,微信公眾號(hào):IEEE電氣電子工程師】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。

收藏 人收藏

    評(píng)論

    相關(guān)推薦
    熱點(diǎn)推薦

    求助,從哪里可以獲得USBC到DP加密狗參考設(shè)計(jì)的CYPD3120最新固件?

    從哪里可以獲得 USBC 到 DP 加密狗參考設(shè)計(jì)的 CYPD3120 最新固件?
    發(fā)表于 05-23 06:54

    量子精密測(cè)量“牽手”傳感技術(shù) 多款量子傳感器在合肥發(fā)布

    量子科技是安徽三大科創(chuàng)前沿高地之一,傳感器則是安徽先進(jìn)制造業(yè)的“三谷”之一,均被寫入2025《安徽省政府工作報(bào)告》。為了讓傳感設(shè)備擁有“更加敏銳的感官”,5月18日,在合肥市量子科儀谷
    的頭像 發(fā)表于 05-20 18:06 ?182次閱讀
    <b class='flag-5'>量子</b>精密測(cè)量“牽手”<b class='flag-5'>傳感</b>技術(shù) 多款<b class='flag-5'>量子</b><b class='flag-5'>傳感器</b>在合肥發(fā)布

    量子技術(shù)最新進(jìn)展 首款高精度量子糾纏光學(xué)濾波問世 還有量子計(jì)算機(jī)運(yùn)行十億級(jí)AI微調(diào)大模型

    給大家?guī)硪恍?b class='flag-5'>量子技術(shù)的最新消息,最前沿的科研進(jìn)展。 首款高精度量子糾纏光學(xué)濾波問世 據(jù)外媒報(bào)道,美國(guó)南加州大學(xué)團(tuán)隊(duì)在最新一期《科學(xué)》雜志上發(fā)表
    的頭像 發(fā)表于 04-08 16:04 ?594次閱讀

    無線傳感器網(wǎng)絡(luò):智能監(jiān)測(cè)的未來

    節(jié)點(diǎn)通過無線通信方式連接而成的網(wǎng)絡(luò)。這些傳感器節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崟r(shí)感知、采集、處理和傳輸環(huán)境參數(shù),如溫度、濕度、光照、壓力、聲音等。通過將這些數(shù)據(jù)匯總并分析,我們可以獲得對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的全面、準(zhǔn)確和實(shí)時(shí)的了解。 在農(nóng)業(yè)領(lǐng)
    的頭像 發(fā)表于 02-25 08:34 ?307次閱讀

    光譜傳感器可以做什么

    光譜傳感器是一種能夠檢測(cè)多種顏色和光譜信息的傳感器,通過測(cè)量物體的光譜特征,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的顏色、成分等屬性的準(zhǔn)確判斷。以下是對(duì)光譜傳感器
    的頭像 發(fā)表于 01-27 14:19 ?653次閱讀

    量子處理的作用_量子處理的優(yōu)缺點(diǎn)

    量子比特可以同時(shí)處于0和1的狀態(tài),這種量子疊加特性使得量子處理能夠同時(shí)處理大量信息。此外,量子
    的頭像 發(fā)表于 01-27 13:44 ?787次閱讀

    Imec等推出無鉛量子點(diǎn)SWIR傳感器

    成果標(biāo)志著在紅外成像技術(shù)領(lǐng)域取得了重要突破。 該傳感器成功實(shí)現(xiàn)了1390納米的成像效果,為用戶提供了清晰、準(zhǔn)確的短波紅外圖像。尤為值得一提的是,該傳感器采用了無鉛量子點(diǎn)技術(shù),為傳統(tǒng)含鉛
    的頭像 發(fā)表于 01-17 11:15 ?503次閱讀

    美國(guó)防部正計(jì)劃研發(fā)更強(qiáng)大的量子傳感器

    DARPA 正專注于推進(jìn)量子傳感器的研究,以應(yīng)對(duì)定位、導(dǎo)航和授時(shí)(PNT)以及軍事應(yīng)用中的情報(bào)、監(jiān)視和偵察(ISR)方面的挑戰(zhàn)。最新一項(xiàng)名為“魯棒量子傳感器”(RoQS)的新計(jì)劃旨在提
    的頭像 發(fā)表于 01-10 18:08 ?1208次閱讀

    夏克-哈特曼波前傳感器

    夏克-哈特曼傳感器是一種著名的探測(cè),用于收集有關(guān)入射光相位的信息。由于相位信息不能直接獲取(在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中),使用微透鏡陣列來產(chǎn)生聚焦圖案。通過分析這些圖案,例如測(cè)量焦點(diǎn)的橫向位移,可以獲得每個(gè)
    發(fā)表于 01-09 08:50

    量子通信的基本原理 量子通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

    量子通信的基本原理 1. 量子疊加原理 量子疊加原理是量子通信的基礎(chǔ)之一。在量子力學(xué)中,一個(gè)量子
    的頭像 發(fā)表于 12-19 15:50 ?2083次閱讀

    基于time-bin量子比特的高速率多路糾纏源——PPLN晶體應(yīng)用

    共享加密密鑰,以抵御潛在的竊聽者和量子計(jì)算的解密能力。糾纏光子是此類應(yīng)用的基本資源,因此糾纏分發(fā)是新興量子網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃的關(guān)鍵組成部分。來自加州
    的頭像 發(fā)表于 08-30 12:27 ?483次閱讀
    基于time-bin<b class='flag-5'>量子</b>比特的高速率多路<b class='flag-5'>糾纏</b>源——PPLN晶體應(yīng)用

    安森美圖像傳感器開發(fā)工具DevWareX介紹

    在配置、控制和驗(yàn)證圖像傳感器的過程中,開發(fā)者可能會(huì)面臨一系列挑戰(zhàn)。為此,安森美(onsemi)提供了一款強(qiáng)大的多功能工具DevWareX,旨在幫助開發(fā)者更快速、準(zhǔn)確、更高效地完成圖像
    的頭像 發(fā)表于 08-20 16:47 ?758次閱讀
    安森美圖像<b class='flag-5'>傳感器</b>開發(fā)工具DevWareX介紹

    全球首款原子級(jí)精度的量子傳感器研發(fā)成功

    韓國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究所(IBS)的量子納米科學(xué)中心(QNS)攜手德國(guó)尤里希研究中心的科研精英團(tuán)隊(duì),共同研發(fā)出了全球首款原子級(jí)精度的量子傳感器,這一革命性裝置能夠捕捉并解析
    的頭像 發(fā)表于 07-27 13:46 ?1234次閱讀

    【《計(jì)算》閱讀體驗(yàn)】量子計(jì)算

    測(cè)量前可能處于疊加態(tài),這是量子力學(xué)既令人難以理解又威力無窮的地方。由于量子具有波粒二象性,因此可以量子描述為一個(gè)波函數(shù),測(cè)量前處于看加態(tài)的波函數(shù),測(cè)量后將坍縮為本征態(tài)。
    發(fā)表于 07-13 22:15

    新型量子傳感器打破光學(xué)測(cè)量極限

    。 韓國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與科學(xué)研究院(KRISS)開發(fā)出一種新型量子傳感器技術(shù),利用量子糾纏現(xiàn)象,可以用可見光測(cè)量紅外區(qū)域的擾動(dòng)。這將實(shí)現(xiàn)低成本、高性能
    的頭像 發(fā)表于 06-21 06:35 ?531次閱讀

    電子發(fā)燒友

    中國(guó)電子工程師最喜歡的網(wǎng)站

    • 2931785位工程師會(huì)員交流學(xué)習(xí)
    • 獲取您個(gè)性化的科技前沿技術(shù)信息
    • 參加活動(dòng)獲取豐厚的禮品