丹麥科學家突破量子傳感極限，混合量子系統有望革新醫療天文等多領域

丹麥哥本哈根大學尼爾斯·玻爾研究所團隊在量子傳感領域取得重大突破。研究人員成功開發出一種混合量子系統，該系統能夠顯著提升測量精度，爲多個技術領域帶來革命性變化。

這項創新技術的核心在於突破傳統測量的物理極限。量子光學技術發展過程中，傳感器靈敏度一直受到"標準量子極限"約束。這一理論邊界源於微觀尺度測量時無法避免的量子噪聲干擾。新系統通過引入先進量子技術成功抑制了這些噪聲。

研究團隊採用了兩項關鍵技術實現突破。"壓縮光"技術能夠將量子噪聲壓縮至標準量子極限以下，有效降低光的振幅或相位噪聲。與此同時，"負質量"自旋系統由大量原子自旋構成，具備將噪聲符號從正轉負的獨特能力。當傳感器信號與該系統結合時，能夠有效抑制量子噪聲。

這種混合量子系統首次實現了大規模糾纏，涉及多光子態與大型原子自旋系統間的相互作用。獨特的技術組合使系統能夠實現"頻率相關壓縮"，從而動態降低寬頻帶範圍內的量子噪聲。這一特性對需要高靈敏度的引力波探測及其他精密傳感技術具有重要意義。

相較於傳統方法，新系統在實用性方面展現出顯著優勢。傳統壓縮和噪聲抑制技術往往依賴龐大的光學裝置，例如LIGO和VIRGO引力波探測器使用的300米長光學諧振腔。而新系統可在桌面級設備上實現類似性能，顯著提升了部署靈活性。

該技術的應用前景極爲廣闊。在生物醫學領域，混合量子系統可提高磁共振成像的空間分辨率，爲神經退行性疾病的早期診斷提供有力支持。天文學應用方面，該技術有助於增強引力波探測器對時空漣漪的捕捉能力，推進黑洞碰撞、中子星合併等宇宙事件的深入研究。

據悉，該系統還可應用於量子通信和計算領域，支持量子中繼器、長距離安全通信和量子網絡中存儲單元的發展。基礎物理學研究方面，這項技術有助於加深人類對宇宙起源和演化規律的理解。

這一突破性成果已發表於最新一期《自然》雜誌，標誌着量子傳感技術正式邁入新的發展階段。該技術爲醫療、天文、信息等多個領域的技術革新奠定了堅實基礎，展現出巨大的產業化應用潛力。

本文源自：金融界

作者：觀察君