文/观察未来科技
如今 ， 量子科技正在蓬勃发展 ， 其中 ， 量子精密测量则是量子科技的一个重要领域 。
往前回溯到1927年 。 在这一年 ， 海森堡提出了量子不确定性原理：粒子的位置与动量不可同时被确定 ， 位置测定得越准确 ， 动量的测定就越不准确 ， 反之亦然 。
虽然在量子计算、量子通信等领域 ， 量子的不确定性被视作缺点 ， 但在量子测量方面却成为可被利用的特点 。 量子体系与待测物理量相互作用 ， 从而引发量子态的改变 ， 得以实现对物理量进行测量 。
【从局限到优势，量子科技的精密测量】与经典物理中的测量明显不同 ， 量子测量不是独立于所观测的物理系统而单独存在的 ， 而测量本身即是物理系统的一部分 ， 所作的测量也会对系统的状态产生干扰 ， 这并不妨碍量子测量的精度远超经典测量 。
一般来说 ， 按照对量子特性的应用 ， 量子测量分为三个层次 ， 第一个层次是基于微观粒子能级测量；第二个层次是基于量子相干性测量；第三个层次是基于量子纠缠进行测量 ， 均突破了经典理论的极限 。
第一个层次从20世纪50年代就逐步在原子钟等领域开始应用 。 其应用原理是 ， 当原子从一个“能量态”跃迁至低一级“能量态”时 ， 便会释放电磁波 。 这种电磁波特征频率是不连续的 ， 被定义为共振频率 。 但在很长一段时间里 ， 原子钟的实用性并不强 ， 直到20世纪50年代才由扎卡来亚斯与美国Malden公司一起建造了商用原子钟 ， 也就是今天用于GPS的铯原子钟的前辈 。
量子测量的第二个层次是基于量子相干性的测量技术 ， 利用量子的物质波特性 ， 通过干涉法进行外部物理量的测仪、重力梯度仪等领域 。 遵循同一原理的超导量子干涉仪 ， 可用于军事、医学、地学、地球物理、空间物理等领域 。
虽然热原子和冷原子在量子干涉仪中均可实现原子干涉 ， 但是因为冷原子的动量更小 ， 相干长度更长 ， 其测量灵敏度比热原子会高很多 。 因此 ， 冷原子干涉技术成为主流应用 ， 如量子陀螺仪、量子重力仪、量子加速度计等 ， 已得到各国重视 ， 被用于高灵敏导航系统等 。
量子测量的第三个层次是基于量子纠缠进行量子测量 ， 其技术条件最为严苛 ， 同时也最接近量子的本质 ， 其在理论上可以突破标准量子极限 ， 无限接近海森堡极限 ， 实现超高精度的测量 。 基于此原理 ， 可将量子卫星定位系统用于高精度量子定位导航 。 只是基于量子纠缠的定位系统目前仍停留在理论阶段 ， 主要应用仍是超冷原子技术 。
总的来说 ， 近年来不断突破的量子科技 ， 正在开启新的机遇之门 ， 加快量子科技的发展 ， 对促进社会经济发展、保障国家安全 ， 具有重要的作用 。
推荐阅读
- 反方向飞行的两束光，相对速度是两倍光速吗？
- 清朝嘉庆年间命案：男子为救父杀人，判决结果被视为经典记录在案
- 世界上最好看的十部科普书，有小孩子的一定要看呀！
- 案例回顾：浙江18岁少女被邻居强暴后报警，结果自己也进监狱
- 经典案例：2008年山东一起荒唐不伦恋引发的悲剧
- 科学家深入研究，得出一个可怕的结论，人类可能生活在虚拟世界
- 假如宇宙中有发展了10亿年高级文明，他们会恐怖到什么程度？
- 这是一种“假智慧”，你会认真看吗？