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利用量子力学研发出来的传感器

时间:2021-08-14 点击次数:

近年来,人们发现利用量子力学的基本属性,如量子相关、量子纠缠、量子统计等,可以实现更高精度的测量。因此,基于量子力学特性实现物理量的高精度测量称为量子传感。在量子传感中,电磁场、温度、压力等外部环境直接与电子、光子、声子等系统相互作用,改变其量子状态,最终通过检测这些变化的量子状态来测量外部环境的高灵敏度。利用目前成熟的量子态控制技术,可以进一步提高测量灵敏度。因此,这些电子、光子、声子等量子系统是高灵敏度的量子尺子——量子传感器。可从两个方面定义所谓的量子传感器:

(1)利用量子效应,根据相应的量子算法设计的物理装置,用于执行转换功能;

(2)为了满足被测变换元件的需要,有些部分细小到必须考虑其量子效应。无论从哪个方面来定义,量子传感器都必须遵循量子力学规律。可以说,量子传感器是根据量子力学规律,利用量子效应设计的物理装置,用于改变系统的测量。例如,量子雷达技术采用了量子纠缠原理。根据物理学家SethLloyd的理论方案,该过程包括将一系列纠缠光子的一半从一个物体上弹回,然后将返回的光子与被阻挡的光子进行比较。这样做的目的是区分最初的辐射和强噪声源,发现隐形飞机等普通雷达无法检测到的物体,隐藏雷达操作员。

和蓬勃发展的生物传感器一样,量子传感器应该由产生信号的敏感元件和处理信号的辅助仪器组成,其中敏感元件是传感器的核心,利用量子效应。量子传感器的特性。

传感器的性能质量主要从精度、稳定性和灵敏度来评价。结合量子传感器的特点,可以从以下几个方面考虑量子传感器的性能:

(1)非破坏性:

在量子控制中,由于测量可能导致被测系统的波函数约化,传感器也可能导致系统状态的变化,因此在测量中应充分考虑量子传感器与系统的相互作用。由于量子控制中的状态检测与经典控制中的状态检测有本质区别,测量可能引起的状态波函数约化过程暗示状态的测量已经破坏了状态本身。因此,非破坏性是量子传感器应该考虑的重点方面之一。在实际测试中,可以考虑将量子传感器作为系统的一部分,或者作为系统的扰动,将传感器与被测对象相互作用的哈密顿考虑到整个系统状态的演变;

(2)实时性:

根据量子控制中测量的特点,特别是状态演化的快速性,实时性成为量子传感器质量评价的重要指标。实时性要求量子传感器的测量结果能更好地与被测对象的当前状态一致,必要时能跟踪被测对象的量子态进化。设计量子传感器时,应考虑如何解决测量滞后问题;

(3)灵敏度:

由于量子传感器的主要功能是实现测量微观对象的转换,要求对象的微小变化也能被捕捉到。因此,在设计量子传感器时,应考虑其灵敏度能够满足实际要求;

(4)稳定性:

在量子控制中,被控对象的状态容易受到环境的影响。量子传感器在检测对象的量子态时,也可能导致对象或传感器本身的状态不稳定。解决办法是引入环境工程思路,考虑使用冷却套和低温保持器进行保护;

(5)多功能:

量子系统本身就是一个复杂的系统,每个子系统之间或传感器与系统之间都容易相互作用。在实际应用中,总是期望减少人为影响和多步测量带来的滞后问题。因此,更多的功能,如采样、处理和测量,可以集成在同一个量子传感器上,并将合适的智能控制算法集成到其中,设计出智能多功能量子传感器。量子传感器具有许多经典传感器所不具备的性质。在设计量子传感器时,应从非破坏性、实时性、灵敏性、稳定性和多功能性等方面评估量子传感器的性能。

深圳市力准传感技术有限公司是力传感器、称重测力传感器的专业制造商,也是集生产、销售、售后为一体的综合性技术创新企业。主要生产有千余款产品。称重范围小到几克,大到1000多吨;有适用于各种恶劣环境的高、中、低温传感器和高防护等级传感器。

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