🔬

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.

🔬 Thử ngay

Đây là gì?

🎯 Mẹo sử dụng

📚 Thuật ngữ

Qubit
Đơn vị cơ bản của thông tin lượng tử, tương tự như bit cổ điển nhưng có khả năng tồn tại đồng thời ở trạng thái chồng chất 0 và 1.
Superposition
Nguyên lý lượng tử cơ bản trong đó hệ lượng tử tồn tại đồng thời ở nhiều trạng thái cho đến khi được đo, cho phép cảm biến lượng tử thăm dò nhiều giá trị cùng một lúc.
Entanglement
Mối tương quan lượng tử giữa hai hoặc nhiều hạt trong đó việc đo một hạt ngay lập tức xác định trạng thái của hạt kia, bất kể khoảng cách, cho phép nâng cao độ chính xác của phép đo.
Decoherence
Sự mất đi tính chất lượng tử do tương tác với môi trường, làm suy giảm ưu điểm về độ nhạy của cảm biến lượng tử và hạn chế thời gian đo.
SQUID
Thiết bị giao thoa lượng tử siêu dẫn - một từ kế cực kỳ nhạy sử dụng các điểm nối Josephson trong một vòng siêu dẫn để phát hiện những thay đổi từ thông rất nhỏ.
NV Center
Trung tâm chỗ trống nitơ - một khuyết điểm trong kim cương bao gồm một nguyên tử nitơ bên cạnh một chỗ trống mạng tinh thể, có trạng thái quay nhạy cảm với từ trường, nhiệt độ và biến dạng.
Josephson Junction
Một hàng rào cách điện mỏng giữa hai chất siêu dẫn mà qua đó các cặp Cooper có thể xuyên hầm, tạo thành nền tảng của cảm biến SQUID và các thiết bị lượng tử siêu dẫn khác.
Heisenberg Limit
Giới hạn lượng tử cơ bản về độ chính xác của phép đo, tỷ lệ là 1/N trong đó N là số lượng tài nguyên lượng tử được sử dụng, có thể đạt được thông qua sự vướng víu.
Shot Noise Limit
Giới hạn cổ điển về độ chính xác của phép đo phát sinh từ tính chất rời rạc của các hạt (photon, nguyên tử), có tỷ lệ là 1/sqrt(N).
Femtotesla
Một đơn vị cường độ từ trường bằng 10^-15 Tesla, gần bằng thang đo từ trường được tạo ra bởi hoạt động thần kinh của não.
Magnetoencephalography
Một kỹ thuật chụp ảnh thần kinh đo từ trường được tạo ra bởi hoạt động điện trong não, thường sử dụng cảm biến SQUID.
Coherence Time
Khoảng thời gian mà một hệ lượng tử duy trì các đặc tính lượng tử của nó trước khi sự mất kết hợp phá hủy chúng, một thông số quan trọng đối với hiệu suất của cảm biến lượng tử.
Ramsey Interferometry
Một kỹ thuật đo tần số và pha chính xác bằng cách sử dụng hai tương tác riêng biệt với một trường dao động, được sử dụng rộng rãi trong đồng hồ nguyên tử và cảm biến lượng tử.
Optical Lattice Clock
Một chiếc đồng hồ nguyên tử bẫy các nguyên tử trong một làn sóng ánh sáng laser đứng và thăm dò sự chuyển đổi quang học, đạt được độ chính xác về thời gian hiện hành chưa từng có.
Quantum Squeezing
Một kỹ thuật giúp giảm nhiễu ở một biến đo dưới giới hạn lượng tử tiêu chuẩn nhưng lại làm tăng nhiễu ở biến liên hợp, nâng cao độ nhạy của cảm biến.
Zeeman Effect
Sự phân chia các mức năng lượng nguyên tử khi có từ trường bên ngoài, được khai thác bằng từ kế lượng tử để đo cường độ từ trường với độ chính xác cực cao.
Spin-Echo
Một kỹ thuật chuỗi xung đảo ngược sự mất pha của spin lượng tử, kéo dài thời gian kết hợp hiệu quả và cải thiện độ nhạy của tâm NV và từ kế nguyên tử.
Quantum Fisher Information
Thước đo thông tin mà trạng thái lượng tử mang về một tham số không xác định, đặt ra giới hạn cuối cùng về độ chính xác của phép đo có thể đạt được bằng bất kỳ chiến lược ước tính lượng tử nào.
Atom Interferometry
Một kỹ thuật sử dụng các đặc tính giống sóng của nguyên tử để thực hiện các phép đo chính xác về trọng lực, chuyển động quay và gia tốc, tạo thành nền tảng của trọng lực kế và con quay hồi chuyển lượng tử.
Magnetic Flux Quantum
Đơn vị lượng tử hóa của từ thông (Phi_0 = h/2e ≈ 2,07 x 10^-15 Wb), đại lượng cơ bản được đo bằng cảm biến SQUID thông qua lượng tử hóa từ thông trong các vòng siêu dẫn.
Dynamic Decoupling
Một nhóm các chuỗi xung được áp dụng cho cảm biến lượng tử giúp triệt tiêu tiếng ồn môi trường và kéo dài thời gian kết hợp, cải thiện đáng kể độ nhạy đo trong điều kiện thực tế.
Quantum Gravimeter
Một thiết bị sử dụng giao thoa kế nguyên tử hoặc các kỹ thuật lượng tử khác để đo gia tốc trọng trường với độ chính xác cực cao, hữu ích cho việc lập bản đồ và trắc địa dưới lòng đất.
Standard Quantum Limit
Giới hạn độ chính xác cơ bản cho các phép đo sử dụng tài nguyên lượng tử (cổ điển) không tương quan, tương ứng với tỷ lệ nhiễu bắn là 1/sqrt(N) đối với N hạt.
Quantum Illumination
Giao thức cảm biến sử dụng các photon vướng víu để phát hiện mục tiêu trong môi trường có độ nhiễu cao, đạt được lợi thế lên tới 6 dB so với các phương pháp cổ điển ở chế độ tín hiệu thấp.
Magnetocardiography
Một kỹ thuật không xâm lấn để đo từ trường được tạo ra bởi hoạt động điện trong tim bằng cách sử dụng SQUID hoặc cảm biến từ kế được bơm quang học.
Magic Wavelength
Một bước sóng laser cụ thể tại đó sự dịch chuyển ánh sáng vi phân trong quá trình chuyển đổi đồng hồ biến mất, cho phép bẫy không bị nhiễu loạn trong đồng hồ mạng quang học, do Hidetoshi Katori phát minh.

🏆 Nhân vật chính

David Wineland (2012 (Nobel Prize))

Các kỹ thuật bẫy ion tiên phong dành cho thông tin lượng tử và quang phổ chính xác, cho phép tạo ra các cảm biến lượng tử cực kỳ chính xác. Công trình của ông về các ion bị bẫy đã dẫn đến sự phát triển của đồng hồ nguyên tử chính xác nhất. Được trao giải Nobel Vật lý.

Mikhail Lukin (2008-present)

Dẫn đầu nghiên cứu đột phá về các trung tâm trống nitơ trong kim cương để cảm biến lượng tử và xử lý thông tin lượng tử tại Đại học Harvard, chứng minh hình ảnh từ trường cỡ nano và mạng lưới lượng tử.

Jun Ye (2006-present)

Đã phát triển đồng hồ mạng quang học tại JILA/NIST, đây là thiết bị đo thời gian chính xác nhất từng được chế tạo, có khả năng phát hiện sự giãn nở thời gian do lực hấp dẫn trên chênh lệch độ cao centimet.

Jorg Wrachtrup (1997)

Đi tiên phong trong việc sử dụng các trung tâm NV riêng lẻ trong kim cương để phát hiện cộng hưởng từ ở cấp độ nano, sáng lập ra lĩnh vực cảm biến lượng tử kim cương.

John Clarke (1960s-2000s)

Đã có những đóng góp cơ bản cho công nghệ cảm biến SQUID và các ứng dụng của nó trong các thí nghiệm từ sinh học, địa vật lý và vật lý cơ bản trong hơn bốn thập kỷ tại UC Berkeley.

Hidetoshi Katori (2001)

Đã phát minh ra khái niệm đồng hồ mạng quang học sử dụng các bước sóng ma thuật, giúp loại bỏ nhiễu loạn dịch chuyển ánh sáng và cho phép đo thời gian thế hệ tiếp theo.

🎓 Tài nguyên học tập

💬 Lời nhắn cho người học

{'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.'}

Bắt đầu

Miễn phí, không cần đăng ký

Bắt đầu →