🔬

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.

🔬 Experimente agora

O que é isso?

🎯 Dicas do simulador

📚 Glossário

Qubit
A unidade básica de informação quântica, análoga a um bit clássico, mas capaz de existir em uma superposição de 0 e 1 simultaneamente.
Superposition
Um princípio quântico fundamental onde um sistema quântico existe em vários estados simultaneamente até ser medido, permitindo que sensores quânticos investiguem vários valores ao mesmo tempo.
Entanglement
Uma correlação quântica entre duas ou mais partículas em que a medição de uma determina instantaneamente o estado da outra, independentemente da distância, permitindo maior precisão de medição.
Decoherence
A perda do comportamento quântico devido à interação com o meio ambiente, o que degrada a vantagem de sensibilidade dos sensores quânticos e limita o tempo de medição.
SQUID
Dispositivo Supercondutor de Interferência Quântica - um magnetômetro extremamente sensível que usa junções Josephson em um circuito supercondutor para detectar pequenas mudanças no fluxo magnético.
NV Center
Centro de Vacância de Nitrogênio - um defeito pontual no diamante que consiste em um átomo de nitrogênio próximo a uma vacância de rede, cujo estado de spin é sensível a campos magnéticos, temperatura e deformação.
Josephson Junction
Uma fina barreira isolante entre dois supercondutores através da qual os pares de Cooper podem criar um túnel, formando a base dos sensores SQUID e outros dispositivos quânticos supercondutores.
Heisenberg Limit
O limite quântico fundamental na precisão da medição, dimensionado como 1/N, onde N é o número de recursos quânticos usados, alcançáveis ​​por meio do emaranhamento.
Shot Noise Limit
O limite clássico na precisão da medição decorrente da natureza discreta das partículas (fótons, átomos), dimensionado como 1/sqrt(N).
Femtotesla
Uma unidade de intensidade de campo magnético igual a 10^-15 Tesla, aproximadamente a escala dos campos magnéticos produzidos pela atividade neural cerebral.
Magnetoencephalography
Técnica de neuroimagem que mede os campos magnéticos produzidos pela atividade elétrica no cérebro, normalmente usando sensores SQUID.
Coherence Time
A duração durante a qual um sistema quântico mantém suas propriedades quânticas antes que a decoerência as destrua, um parâmetro crítico para o desempenho do sensor quântico.
Ramsey Interferometry
Uma técnica para medições precisas de frequência e fase usando duas interações separadas com um campo oscilante, amplamente utilizada em relógios atômicos e sensores quânticos.
Optical Lattice Clock
Um relógio atômico que captura átomos em uma onda estacionária de luz laser e sonda uma transição óptica, alcançando uma precisão de cronometragem sem precedentes.
Quantum Squeezing
Uma técnica que reduz o ruído em uma variável de medição abaixo do limite quântico padrão às custas do aumento do ruído na variável conjugada, aumentando a sensibilidade do sensor.
Zeeman Effect
A divisão dos níveis de energia atômica na presença de um campo magnético externo, explorada por magnetômetros quânticos para medir a intensidade do campo magnético com extrema precisão.
Spin-Echo
Uma técnica de sequência de pulso que reverte a defasagem dos spins quânticos, estendendo o tempo de coerência efetivo e melhorando a sensibilidade do centro NV e dos magnetômetros atômicos.
Quantum Fisher Information
Uma medida da informação que um estado quântico carrega sobre um parâmetro desconhecido, estabelecendo o limite máximo de precisão de medição alcançável por qualquer estratégia de estimativa quântica.
Atom Interferometry
Uma técnica que usa as propriedades ondulatórias dos átomos para fazer medições precisas de gravidade, rotação e aceleração, formando a base de gravímetros e giroscópios quânticos.
Magnetic Flux Quantum
A unidade quantizada de fluxo magnético (Phi_0 = h/2e ≈ 2,07 x 10^-15 Wb), a quantidade fundamental medida pelos sensores SQUID através da quantização de fluxo em loops supercondutores.
Dynamic Decoupling
Uma família de sequências de pulso aplicadas a sensores quânticos que suprimem o ruído ambiental e ampliam os tempos de coerência, melhorando drasticamente a sensibilidade da medição em condições do mundo real.
Quantum Gravimeter
Um dispositivo que utiliza interferometria atômica ou outras técnicas quânticas para medir a aceleração gravitacional com extrema precisão, útil para mapeamento subterrâneo e geodésia.
Standard Quantum Limit
O limite de precisão fundamental para medições usando recursos quânticos não correlacionados (clássicos), correspondendo à escala de ruído de disparo como 1/sqrt(N) para N partículas.
Quantum Illumination
Um protocolo de detecção que utiliza fótons emaranhados para detectar alvos em ambientes de alto ruído, alcançando uma vantagem de até 6 dB sobre os métodos clássicos no regime de baixo sinal.
Magnetocardiography
Uma técnica não invasiva que mede os campos magnéticos produzidos pela atividade elétrica no coração usando SQUID ou sensores magnetômetros com bomba óptica.
Magic Wavelength
Um comprimento de onda de laser específico no qual o deslocamento diferencial da luz na transição do relógio desaparece, permitindo o aprisionamento livre de perturbações em relógios de rede óptica, inventado por Hidetoshi Katori.

🏆 Figuras-chave

David Wineland (2012 (Nobel Prize))

Técnicas pioneiras de armadilha de íons para informações quânticas e espectroscopia de precisão, permitindo sensores quânticos ultraprecisos. Seu trabalho com íons aprisionados levou ao desenvolvimento dos relógios atômicos mais precisos. Recebeu o Prêmio Nobel de Física.

Mikhail Lukin (2008-present)

Liderou pesquisas inovadoras sobre centros de vacância de nitrogênio em diamante para detecção quântica e processamento de informações quânticas na Universidade de Harvard, demonstrando imagens de campo magnético em nanoescala e redes quânticas.

Jun Ye (2006-present)

Desenvolveu relógios de rede óptica na JILA/NIST que são os dispositivos de cronometragem mais precisos já construídos, capazes de detectar a dilatação do tempo gravitacional em diferenças de altura centimétrica.

Jorg Wrachtrup (1997)

Foi pioneiro no uso de centros NV únicos em diamante para detecção de ressonância magnética em nanoescala, fundando o campo de detecção quântica de diamante.

John Clarke (1960s-2000s)

Fez contribuições fundamentais para a tecnologia de sensores SQUID e suas aplicações em biomagnetismo, geofísica e experimentos de física fundamental ao longo de quatro décadas na UC Berkeley.

Hidetoshi Katori (2001)

Inventou o conceito de relógios de rede óptica usando comprimentos de onda mágicos, que eliminam perturbações de deslocamento de luz e permitem cronometragem de próxima geração.

🎓 Recursos de aprendizagem

💬 Mensagem aos estudantes

{'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.'}

Começar

Grátis, sem cadastro

Começar →