英國(guó)物理學(xué)家找到了一種在量子極限下操作光子傳感器的方法，并且這種光子傳感器可大規(guī)模制造。這一突破為溫室氣體監(jiān)測(cè)和癌癥檢測(cè)等實(shí)際應(yīng)用鋪平了道路。

我們的日常生活已經(jīng)離不開(kāi)各式各樣的傳感器。盡管這些傳感器通常無(wú)法被用戶直接察覺(jué)，但它們?yōu)楝F(xiàn)代醫(yī)療、安全和環(huán)境監(jiān)測(cè)等應(yīng)用提供著所必需的關(guān)鍵信息。例如，現(xiàn)在的汽車就裝配了100多個(gè)傳感器，而且這個(gè)數(shù)字還會(huì)增加。

量子傳感有望革新當(dāng)今的傳感器，顯著提高它們的性能。更精確、更快速、更可靠的物理量測(cè)量，將對(duì)科學(xué)和技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，包括我們的日常生活帶來(lái)變革性的影響。

不過(guò)，目前大多數(shù)量子傳感方案，依賴難以產(chǎn)生且檢測(cè)的光或物質(zhì)的特殊糾纏態(tài)或壓縮態(tài)。這是利用量子傳感器全部潛力并在真實(shí)場(chǎng)景中應(yīng)用它們的主要障礙。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，英國(guó)布里斯托爾大學(xué)（Universities of Bristol）、巴斯大學(xué)（University of Bath）和華威大學(xué)（University of Warwick）合作的物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)在近日發(fā)表的一篇論文中表明，不需要復(fù)雜的量子態(tài)和探測(cè)方案，就可以對(duì)重要的物理特性進(jìn)行高精度測(cè)量。

這項(xiàng)突破的關(guān)鍵是利用了一種環(huán)形諧振器，這是一種微小的環(huán)路結(jié)構(gòu)，可以在環(huán)路中引導(dǎo)光，并最大限度地提高其與研究樣品的相互作用。重要的是，這種環(huán)形諧振器可以使用與我們的計(jì)算機(jī)和智能手機(jī)芯片相同的工藝大規(guī)模制造。

布里斯托爾大學(xué)量子工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（QET Labs）博士生、該研究主要作者Alex Belsley表示：“我們離在量子力學(xué)檢測(cè)極限下工作的集成光子傳感器又近了一步。”

利用這項(xiàng)技術(shù)感知吸收或折射率變化，可用于識(shí)別和表征各種材料和生化樣品，并可用于從溫室氣體監(jiān)測(cè)到癌癥檢測(cè)等熱門(mén)應(yīng)用。

QET Labs聯(lián)合主任、該研究共同作者Jonathan Matthews副教授表示：“我們對(duì)這一成果帶來(lái)的機(jī)遇非常興奮，我們現(xiàn)在知道如何利用大規(guī)模可制造工藝來(lái)設(shè)計(jì)在量子極限下工作的芯片級(jí)光子傳感器。”

與經(jīng)典方法相比，光子的量子態(tài)已被證明可以提高吸收估算的精度。通過(guò)利用干涉和諧振增強(qiáng)效應(yīng)，研究人員展示了全通環(huán)形諧振器中的相干態(tài)探針，即使按平均輸入光子數(shù)歸一化，也可以優(yōu)于任何量子探針單通策略。研究人員還發(fā)現(xiàn)，在最佳條件下，相干態(tài)探針與全通環(huán)形諧振器中任意亮度純單模壓縮探針的性能相當(dāng)。

審核編輯 ：李倩