量子技术突破测量极限有望应用于智能手机

据麦姆斯咨询报道，丹麦哥本哈根大学（University of Copenhagen）的研究人员发明了一种“量子鼓（quantum drum）”，可以极其精确地测量压力、气体泄漏、热量、磁性等。该量子鼓甚至可以扫描出单个病毒的形状。目前，这项技术已经适应在室温下工作，将来可能应用于智能手机。

自古以来，人类就试图测量周围的世界。目前，哥本哈根大学的研究人员正在利用量子物理学定律试图开发世界上有史以来最灵敏的测量器件之一。也许在将来的某一天，该测量器件将进入我们每个人的生活之中。尼尔斯∙玻尔研究所（Niels Bohr Institute）的研究人员通过两种创新的解决方案，找到了一种将量子技术装进我们口袋的方法。

该器件的核心部分被称为“量子鼓”：一种可以像鼓面一样振动的薄膜，但振幅很小，需要量子物理学定律来描述正在发生的事情。换句话说，它的振动速度非常快。这意味着该量子鼓可以用作超精密测量器件——超级量子传感器。

“超级量子传感器非常灵敏，原则上，我们可以在数千公里外的哥本哈根地下室监测到身在巴黎的人是否在进行双腿交替跳跃运动，进而捕捉该场景。但因为这需要远在巴黎的人以每秒140万次的速度跳跃，所以这只能是想象中的实验。”尼尔斯∙玻尔研究所的量子传感器团队负责人Albert Schliesser教授笑着说道。

撇开设想不谈，超级量子传感器是真实存在的，并且有很多潜在的用途。通过读取量子鼓运动时振动的变化，研究人员可以极其精确地测量各种各样的物理量。

“例如，温度的变化或气体的存在将直接影响量子鼓的振动方式，当我们在量子鼓上放置病毒时也是如此。激光可以协助我们准确地读取测量结果。但这仅仅是个开始。”Schlieser教授解释道，“通过在薄膜上放置一小块金属或一小块磁铁，我们还可以非常精确地探测电场和磁场。”

创新可使每个人都能使用量子传感器

你愿意花多少钱购买一款超级量子传感器？

这个问题是世界上最大的科技公司之一的首席执行官（CEO）提出的，那时他正在参观哥本哈根尼尔斯∙玻尔研究所里Schliesser及其研究小组工作的地下室，他很想了解更多关于量子鼓的信息。

然而，在实验室外操作量子鼓薄膜几乎是不可能的，因为要达到量子状态和极高的精度，需要将工作环境用液氦冷却到接近绝对零度（约零下250摄氏度）。

Scliesser解释道：“由于室温总会不受控制的变动，而高温环境下的随机变动会产生噪音，淹没测量结果。”

然而，氦冷却装置笨重、体积庞大且成本高昂，因而成为许多应用的阻碍，尤其是对于消费类设备的大批量应用来说。

但在近期，发表在Optica期刊上的最新研究表明，研究人员已经证明，他们可以将自己发明的减震器和一种特殊的激光冷却技术结合起来，即使在室温下（即没有氦冷却的情况下），也能实现极高的精度。

这意味着超级量子传感器可以做得非常小，足以放在芯片中。研究人员说：“这将是一款非常小的器件。比如，该传感器可以被安装在半导体代工厂的真空系统内，以监视温度变化及气体泄漏。”展望未来，超级量子传感器甚至有可能被集成到智能手机等消费类设备中。

类似于磁共振成像（MRI）显微镜，量子鼓可能成为对抗病毒的武器

研究人员计划寻求新的科学视野。来自瑞士的同事利用Schliesser实验室的两个同步量子鼓，首次成功地对单个病毒的表面进行了成像。这是通过扫描扎在病毒身上的超锋利的针头，并使用量子鼓测量病毒和针头之间的力来实现的。

目前，Schliesser和他的同事们正在探索测量病毒内部自旋产生的磁力的可能性。其基本原理类似于医院扫描仪形成的人体详细磁共振成像，只是该方法在尺寸上小得多。这可能会产生一种新型强大的工具帮助人们了解和对抗病毒。

Schlieser说：“我们现在正努力使像磁共振成像扫描仪一样对病毒等微观物体进行成像成为可能。这将为健康科学提供一个新工具，除其它用途外，量子鼓可以用来研究新型病毒，以探究它们含有的蛋白质种类。”

审核编辑：刘清