尼尔斯·玻尔研究所(NBI)的研究人员消除了开发基于量子技术的极其灵敏的监测设备的一个关键障碍。

监测未出生婴儿的心跳和其他类型的精密医学检查显示了量子传感器的潜力。由于这些传感器利用原子尺度的现象，因此它们比当今的传感器准确得多。

哥本哈根大学尼尔斯玻尔研究所(NBI)的研究人员成功克服了量子传感器开发的主要障碍。他们的研究结果发表在《自然通讯》上。

所有生命过程都涉及磁场和组织电导率的微小变化。量子传感器可以检测到这些极小的变化。然而，一个关键的挑战是将感兴趣的信号与各种类型的噪声区分开来。NBI小组正是致力于解决这个问题。

“量子传感器已经成为纳米技术的首批应用之一。我们的研究结果使这些传感器更接近应用。我预计我们将在几年内看到第一个实际应用，”该科学研究的主要作者、NBI教授尤金·波尔齐克(EugenePolzik)说道。文章。

除了心脏异常之外，还可以检查其他几种可能的异常。一切都在病人不受干扰的情况下进行。量子传感器可以使许多其他检查(例如大脑监测)成为可能或改进。

听到来自量子世界的噪音

原子、电子和光子的行为由量子力学描述。粒子不仅具有给定的物理性质，而且还以一定的状态存在。量子传感方法首先准备用于读取信号的光的量子态。光的量子态被发送到与受想要检测的力或场影响的探测量子系统相互作用。相互作用后，光携带了被测量的信息，可以进行高精度检测。

“量子探针系统的工程必须量身定制，以适应感兴趣的信号。这是量子传感的主要挑战之一，因为很难完全消除不需要的噪声，”Polzik解释道。

即使消除了传统的噪声源(例如房间内的电子设备等)，量子力学的影响仍然存在。与传统物理学不同，量子力学将以概率函数或不确定性的形式给出粒子的量子态和其他属性。

量子噪声的来源之一是与光粒子(光子)到达探测器相关的不确定性。这称为散粒噪声。

此外，当光子将动量转移到探针传感器时，相互作用本身的行为也是量子噪声的来源。这被称为量子反作用。

在他们的科学文章中，该团队展示了一种“听到”来自量子世界的噪声的方法，从而可以将其去除，从而保留真正感兴趣的信号。

未来在天体物理学中的应用

除了医学检查之外，磁量子传感器还可能在其他一系列领域得到应用。引力波探测就是一个例子。最初由阿尔伯特·爱因斯坦在理论上描述，宇宙引力波的存在已得到充分证实。

然而，由于引力波的特征相对于其他类型的宇宙信号较弱，因此现有的引力波监测方法需要改进。

磁量子传感器与引力波天线相结合很可能是监测引力波挑战的答案，从而有助于更深入地了解宇宙的起源和发展。

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