🔬

quantum-sensor-simulator

An interactive simulator that demonstrates how quantum sensors exploit quantum mechanical properties like superposition and entanglement to achieve measurements far beyond the limits of classical sensors. Users can explore SQUID magnetometers, nitrogen-vacancy (NV) center diamond sensors, and atomic clocks, comparing their sensitivities and applications in real-time.

🔬 جرب الآن

ما هذا؟

🎯 نصائح المحاكي

📚 المصطلحات

Qubit
الوحدة الأساسية للمعلومات الكمومية، تشبه البتة الكلاسيكية ولكنها قادرة على التواجد في تراكب 0 و1 في وقت واحد.
Superposition
مبدأ كمي أساسي حيث يوجد نظام كمي في حالات متعددة في وقت واحد حتى يتم قياسه، مما يمكّن أجهزة الاستشعار الكمومية من استكشاف قيم متعددة في وقت واحد.
Entanglement
ارتباط كمي بين جسيمين أو أكثر حيث يؤدي قياس أحدهما إلى تحديد حالة الآخر على الفور، بغض النظر عن المسافة، مما يتيح دقة قياس محسنة.
Decoherence
فقدان السلوك الكمي بسبب التفاعل مع البيئة، مما يقلل من ميزة الحساسية لأجهزة الاستشعار الكمومية ويحد من وقت القياس.
SQUID
جهاز التداخل الكمي فائق التوصيل - مقياس مغناطيسي حساس للغاية يستخدم وصلات جوزيفسون في حلقة فائقة التوصيل للكشف عن تغيرات التدفق المغناطيسي الصغيرة.
NV Center
مركز شغور النيتروجين - عيب نقطي في الماس يتكون من ذرة نيتروجين بجوار شغور شبكي، وتكون حالة دورانه حساسة للمجالات المغناطيسية ودرجة الحرارة والإجهاد.
Josephson Junction
حاجز عازل رفيع بين اثنين من الموصلات الفائقة يمكن لأزواج كوبر من خلاله أن تنفق، مما يشكل أساس أجهزة استشعار SQUID وغيرها من الأجهزة الكمومية فائقة التوصيل.
Heisenberg Limit
الحد الكمي الأساسي لدقة القياس، والقياس إلى 1/N حيث N هو عدد الموارد الكمومية المستخدمة، والتي يمكن تحقيقها من خلال التشابك.
Shot Noise Limit
الحد الكلاسيكي لدقة القياس الناشئ عن الطبيعة المنفصلة للجسيمات (الفوتونات والذرات)، والقياس هو 1/sqrt(N).
Femtotesla
وحدة شدة المجال المغناطيسي تساوي 10^-15 تسلا، وهو تقريبًا حجم المجالات المغناطيسية التي ينتجها النشاط العصبي في الدماغ.
Magnetoencephalography
تقنية تصوير عصبي تقيس المجالات المغناطيسية الناتجة عن النشاط الكهربائي في الدماغ، وعادةً ما يتم ذلك باستخدام مستشعرات SQUID.
Coherence Time
المدة التي يحتفظ فيها النظام الكمي بخصائصه الكمومية قبل أن يدمرها فك الترابط، وهي معلمة مهمة لأداء المستشعر الكمي.
Ramsey Interferometry
تقنية لقياسات التردد والطور الدقيقة باستخدام تفاعلين منفصلين مع مجال متذبذب، تستخدم على نطاق واسع في الساعات الذرية وأجهزة الاستشعار الكمومية.
Optical Lattice Clock
ساعة ذرية تحبس الذرات في موجة دائمة من ضوء الليزر وتستكشف التحول البصري، مما يحقق دقة غير مسبوقة في ضبط الوقت.
Quantum Squeezing
تقنية تعمل على تقليل الضوضاء في متغير قياس واحد أقل من الحد الكمي القياسي على حساب زيادة الضوضاء في المتغير المرافق، مما يعزز حساسية المستشعر.
Zeeman Effect
انقسام مستويات الطاقة الذرية في وجود مجال مغناطيسي خارجي، تستغله أجهزة قياس المغناطيسية الكمومية لقياس شدة المجال المغناطيسي بدقة متناهية.
Spin-Echo
تقنية تسلسل النبض التي تعمل على عكس إلغاء التدوير الكمي، مما يزيد من وقت التماسك الفعال ويحسن حساسية مركز NV وأجهزة قياس المغناطيسية الذرية.
Quantum Fisher Information
مقياس للمعلومات التي تحملها الحالة الكمومية حول معلمة غير معروفة، مما يحدد الحد النهائي لدقة القياس التي يمكن تحقيقها بواسطة أي استراتيجية تقدير كمي.
Atom Interferometry
تقنية تستخدم الخصائص الموجية للذرات لإجراء قياسات دقيقة للجاذبية والدوران والتسارع، وتشكل أساس أجهزة قياس الجاذبية الكمومية والجيروسكوبات.
Magnetic Flux Quantum
الوحدة الكمية للتدفق المغناطيسي (Phi_0 = h/2e ≈ 2.07 x 10^-15 Wb)، وهي الكمية الأساسية التي يتم قياسها بواسطة مستشعرات SQUID من خلال تكميم التدفق في حلقات فائقة التوصيل.
Dynamic Decoupling
مجموعة من تسلسلات النبض المطبقة على أجهزة الاستشعار الكمومية التي تعمل على قمع الضوضاء البيئية وإطالة أوقات التماسك، مما يؤدي إلى تحسين حساسية القياس بشكل كبير في ظروف العالم الحقيقي.
Quantum Gravimeter
جهاز يستخدم قياس التداخل الذري أو تقنيات الكم الأخرى لقياس تسارع الجاذبية بدقة متناهية، وهو مفيد لرسم الخرائط والجيوديسيا تحت الأرض.
Standard Quantum Limit
حد الدقة الأساسي للقياسات التي تستخدم موارد كمومية غير مترابطة (كلاسيكية)، تتوافق مع قياس ضوضاء الطلقة بمقدار 1/sqrt(N) للجسيمات N.
Quantum Illumination
بروتوكول استشعار يستخدم الفوتونات المتشابكة لاكتشاف الأهداف في البيئات عالية الضوضاء، مما يحقق ميزة تصل إلى 6 ديسيبل مقارنة بالطرق الكلاسيكية في نظام الإشارة المنخفضة.
Magnetocardiography
تقنية غير جراحية تقيس المجالات المغناطيسية الناتجة عن النشاط الكهربائي في القلب باستخدام أجهزة استشعار SQUID أو مقياس المغناطيسية التي يتم ضخها بصريًا.
Magic Wavelength
طول موجة ليزر محدد يختفي عنده تحول الضوء التفاضلي أثناء انتقال الساعة، مما يتيح محاصرة خالية من الاضطراب في الساعات الشبكية الضوئية، التي اخترعها هيديتوشي كاتوري.

🏆 شخصيات رئيسية

David Wineland (2012 (Nobel Prize))

تقنيات مصيدة الأيونات الرائدة للمعلومات الكمومية والتحليل الطيفي الدقيق، مما يتيح أجهزة استشعار كمومية فائقة الدقة. أدى عمله على الأيونات المحاصرة إلى تطوير الساعات الذرية الأكثر دقة. حصل على جائزة نوبل في الفيزياء.

Mikhail Lukin (2008-present)

قاد بحثًا رائدًا حول مراكز النيتروجين الشاغرة في الماس للاستشعار الكمي ومعالجة المعلومات الكمومية في جامعة هارفارد، حيث أظهر تصوير المجال المغناطيسي النانوي والشبكات الكمومية.

Jun Ye (2006-present)

تم تطوير ساعات شبكية بصرية في JILA/NIST وهي أكثر أجهزة قياس الوقت دقة على الإطلاق، وهي قادرة على اكتشاف تمدد وقت الجاذبية على اختلافات الارتفاع بالسنتيمتر.

Jorg Wrachtrup (1997)

كان رائدًا في استخدام مراكز NV الفردية في الماس للكشف عن الرنين المغناطيسي على المستوى النانوي، مما أدى إلى تأسيس مجال الاستشعار الكمي للماس.

John Clarke (1960s-2000s)

قدم مساهمات أساسية في تكنولوجيا مستشعر SQUID وتطبيقاتها في المغناطيسية الحيوية والجيوفيزياء وتجارب الفيزياء الأساسية على مدى أربعة عقود في جامعة كاليفورنيا في بيركلي.

Hidetoshi Katori (2001)

اخترع مفهوم الساعات الشبكية الضوئية باستخدام الأطوال الموجية السحرية، والتي تقضي على اضطرابات تحول الضوء وتتيح الجيل التالي من ضبط الوقت.

🎓 مصادر التعلم

💬 رسالة للمتعلمين

{'encouragement': "Quantum sensing may sound complex, but at its heart it is about using nature's most fundamental rules to measure the world with incredible precision. Every expert started as a curious beginner, and your journey into quantum sensing begins right here.", 'reminder': 'Remember that the quantum revolution is not just about computers -- quantum sensors are already saving lives through better medical imaging and will transform navigation, geology, and fundamental science in the coming decades.', 'action': 'Experiment with the simulator! Try comparing SQUID, NV center, and atomic clock sensors. Change the noise levels and see how quantum enhancement makes a difference. The best way to learn quantum physics is by playing with it.', 'dream': 'We dream of a world where quantum sensing technology is accessible to hospitals in rural Africa, research stations in the Arctic, and schools in every village -- where the power of precision measurement serves all of humanity equally.', 'wiaVision': 'WIA Book believes that the most advanced science should be the most freely shared. Through free, interactive simulators in 206 languages, we work to ensure that no learner is left behind on the quantum frontier.'}

ابدأ الآن

مجاني، بدون تسجيل

ابدأ الآن →