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要搞懂量子科技,还要从量子力学说起。
▲物理学家薛定谔曾用一只猫比喻量子叠加
当前量子科技主要应用于量子计算、量子通信和量子测量三大领域,在我们日常生活中常见的使用量子技术的产品主要有以下四个:
01LED
LED灯,也被称为发光二极管,几乎每个家庭都在使用,因为它们比其他灯泡更节能、更明亮。
LED 的工作原理是使用半导体,即在铜线等良导体和玻璃等绝缘体之间导电的材料。 这些半导体设计有孔,当电子通过电流穿过电子空穴时,它们会通过光子或光粒子释放能量。这种光的颜色由半导体内孔的大小决定,只有部分 LED 使用了量子技术。
LED 不仅用于家庭照明,还用于数据通信,例如用于听音系统。除此之外,LED 还用于通过光纤电缆发送数据,甚至被用于检测生命。美国陆军研究实验室正在利用紫外光谱中的LED来诱导不同的生物体的荧光,如藻类荧光试验。
LED还用于纹身,当 LED与纹身墨水同时注入身体时,这些纹身就会亮起来。有几家医疗公司正在研究这些纹身的医疗应用,包括血糖检测仪,或协助其他监测。但美国食品和药物管理局还尚未批准这些设备。
02 激光
与 LED 一样,激光也利用了量子物理学的特性。根据福布斯杂志的一篇文章,当具有高能级的原子与具有精确波长的光子相互作用时,激光就会工作,然后使原子发射与第一个光子完全相同的第二个光子。在这里,原子的量子态随着它们发射光子而降低。如此循环,便会产生激光。
虽然激光在演讲厅中很常见,但激光还有许多其他应用。从军用武器,枪支瞄准器、到显微镜,激光无处不在。无论你是扫描杂货还是在宠物的项圈上刻标签、玩激光游戏,所有这些都涉及激光。
研究甚至表明,科学家可能会使用高功率激光来诱发降雨和闪电风暴。如果可能的话,这将有助于解决世界各地的干旱和洪水灾害。
03 全球定位系统
日常生活中采用量子技术最为广泛的设备之一,便是GPS。
GPS 的工作原理是使用来自多个原子钟的信号,查看来自不同卫星的不同到达时间,然后从原子钟和卫星获取数据以确定你的距离和目的地有多远。每次你需要导航时,GPS 都会使用光速将原子钟给出的时间转换为距离,从而为人们提供精确的导航。
04 核磁共振
核磁共振是一种众所周知的医生和其他专业人员进行人体成像的方法。核磁共振机器使用量子技术对软组织和身体其他部位进行成像,这些部位在 X 射线中可能无法很好地显示出来。
核磁共振机器通过使用氢原子工作,像所有原子一样,氢原子的原子核在自旋上具有特定的排列。核磁共振机器使用精心布置的磁场翻转这些氢原子的自旋。这些自旋翻转是氢原子量子态的一部分,可以在量子水平上改变这些原子之间的相互作用。使用这些翻转旋转,医生可以查看体内不同浓度的氢,看到 X 射线上看不到的东西。
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