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量子傳感器應(yīng)用于量子控制和狀態(tài)檢測

時間:2021-08-14 點擊次數(shù):

量子傳感器應(yīng)用于量子控制和狀態(tài)檢測:

隨著量子控制研究的深入,對敏感元件的要求越來越高,傳感器本身的發(fā)展也有向微型和量子型發(fā)展的趨勢。量子效應(yīng)必然在傳感器中發(fā)揮重要作用,各種量子傳感器廣泛應(yīng)用于量子控制和狀態(tài)檢測。①測量微小的壓力。

NIST是由美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所開發(fā)的一種壓力傳感器,它能有效地計數(shù)盒子中的顆粒。該裝置通過測量激光束通過氦腔和真空腔產(chǎn)生的頻率來比較真空腔和氦腔的壓力。為了保持共振駐波反映壓力的微小變化(因為壓力改變了折射率),氣體中激光頻率的微小變化。這種量子壓力傳感器,加上氦折射率的第一原理計算,可以作為壓力標(biāo)準(zhǔn)來代替沉重的水銀壓力計。還可以用來校準(zhǔn)半導(dǎo)體鑄造廠的壓力傳感器,或者作為非常精確的飛機高度計。②重力的精確測量。

光線測量不適合所有成像工作。作為一種新的替代補充手段,重力測量可以很好地反映某個地方的細(xì)微變化,比如難以接近的老礦、坑和深埋地下的水管。這樣,油礦勘探和水位監(jiān)測就變得異常容易了。用量子冷原子開發(fā)的新型引力傳感器和量子增強型MEMS(微電子機械系統(tǒng))技術(shù)比以前的設(shè)備具有更高的性能和更重要的商業(yè)應(yīng)用。而且低成本的MEMS裝置也在構(gòu)想中,預(yù)計只有網(wǎng)球大小,比智能手機中使用的運動傳感器更敏感。一旦技術(shù)成熟,可能會繪制大面積的重力場圖像。在量子成像讀取方面,MEMS傳感器至少有幾個量級的進步。格拉斯哥大學(xué)和橋港大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種We-g檢測器。We-g是一種基于MEMS的重力儀器,比傳感器輕得多,可能比傳統(tǒng)的重力傳感器更便宜。此外,MEMS傳感器在地震探測設(shè)備上也可以通過地震探測設(shè)備的精確定地震探測范圍和地震探測無線電頻譜。

相關(guān)研究人員開發(fā)了一種新型量子傳感器,可以幫助士兵檢測整個無線電頻譜——從0到100吉赫茲的通信信號。新的量子傳感器很小,幾乎不能被其他設(shè)備檢測到,預(yù)計會讓士兵更強大,比如通信接收器。盡管里德堡原子具有廣譜靈敏度,但科學(xué)家從未定量描述過整個運行帶的靈敏度。與傳統(tǒng)接收器相比,新的量子傳感器體積更小,其靈敏度可以與其他電場傳感器技術(shù)如光晶體、偶極天線耦合的無源電子設(shè)備相媲美。目前,陸軍科學(xué)家計劃進一步鍛煉最新技術(shù),提高這種量子傳感器的靈敏度,使其能夠檢測到更弱的信號,并擴大用于檢測更復(fù)雜的波形協(xié)議。但是量子傳感器的想象力不止于此:量子磁性傳感器的發(fā)展將大大降低磁性傳感器器成像的成本,有助于該技術(shù)的推廣;用于測量重力的量子傳感器有望改變?nèi)藗冊趥鹘y(tǒng)領(lǐng)域中使用的時間和衛(wèi)生傳感器的使用。

當(dāng)前,基于病人問卷的診斷形式通常嚴(yán)重限制了治療方法的選擇可能性,只有早期診斷和干預(yù)才能取得更好的效果。研究者們正在研究一種叫做腦磁圖形(MEG)的技術(shù),它可以用來進行早期診斷。但是問題是,該技術(shù)目前需要磁屏蔽室和液氦冷卻操作,使得技術(shù)推廣非常昂貴。此外,量子磁力儀還能很好地彌補這方面的缺陷,它的靈敏度更高,幾乎不需要冷卻和屏蔽,更重要的是它的成本更低。癌:微波斷層成像技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于乳腺癌的早期檢測多年,而量子傳感器有助于提高該技術(shù)的靈敏度和顯示分辨率。與傳統(tǒng)x光不同,微波成像不會直接暴露在電離輻射下。另外,基于金剛石的量子傳感器也有可能為國家研究工具的新型心臟病學(xué)研究工具提供了新型心臟病學(xué)研究工具。

隨著運輸?shù)陌l(fā)展,人們對各種運輸工具的準(zhǔn)確定位信息和狀態(tài)的了解也越來越多,這就要求汽車,火車,飛機所攜帶的傳感器數(shù)量。星球?qū)Ш皆O(shè)備,雷達傳感器,超聲傳感器,光學(xué)傳感器等等。這將逐步成為標(biāo)準(zhǔn)。但這些還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,傳感器技術(shù)的發(fā)展也將面臨新的挑戰(zhàn)。自動駕駛汽車和火車的定位和導(dǎo)航精度嚴(yán)格要求在10厘米以內(nèi);下一代駕駛員輔助系統(tǒng)必須能夠隨時監(jiān)控當(dāng)?shù)乩迕准壍奈kU路況。利用基于冷原子的量子傳感器,導(dǎo)航系統(tǒng)不僅能將位置信息精確到厘米,而且必須具備在水下、地下和建筑物中等導(dǎo)航衛(wèi)星無法到達的地方工作的能力。與此同時,其它類型的量子傳感器也在不斷發(fā)展(如在太赫茲波段工作的傳感器),可以將道路評估的精確到毫米級。另外,最初為原子鐘開發(fā)展的基于激光的微波源也能提高機場雷達系統(tǒng)的工作范圍和精度。

許多專家表示,世界正處于第二次量子革命的邊緣。能量量子化通過晶體管和激光給人類帶來了現(xiàn)代電子技術(shù)。然而,隨著人類操縱單個原子和電子能力的快速發(fā)展,它可能會改變通信、能源、醫(yī)藥和國防行業(yè)。

深圳市力準(zhǔn)傳感技術(shù)有限公司是專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)高品質(zhì)、高精度力值測量傳感器的廠家。主要產(chǎn)品有微型壓式傳感器、拉壓式柱式傳感器、螺桿拉壓式傳感器、S型拉壓力傳感器、軸銷傳感器、稱重測力傳感器、多維力傳感器、扭矩傳感器、位移傳感器、壓力變送器、液壓傳感器、變送器/放大器、控制儀表、以及手持儀等力控產(chǎn)品達千余種,并已獲得多項國家知識產(chǎn)權(quán),產(chǎn)品技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新、新品研發(fā)能力強。產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于多種新型和智能化高端領(lǐng)域,包括工業(yè)自動化生產(chǎn)線、3C、新能源、機器人、機械制造、醫(yī)療、紡織、汽車、冶金以及交通等領(lǐng)域。

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