क्वांटम सेंसर

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क्वांटम प्रौद्योगिकी के भीतर, एक क्वांटम सेंसर क्वांटम यांत्रिकी के गुणों का उपयोग करता है, जैसे कि क्वांटम उलझाव, क्वांटम हस्तक्षेप और क्वांटम स्थिति निचोड़ना, जिसने परिशुद्धता को अनुकूलित किया है और सेंसर में वर्तमान सीमाओं कितना राज्य है।[1]क्वांटम सेंसिंग का क्षेत्र क्वांटम स्रोतों (उदाहरण के लिए, उलझा हुआ) और क्वांटम माप के डिजाइन और इंजीनियरिंग से संबंधित है जो कई तकनीकी अनुप्रयोगों में किसी भी शास्त्रीय रणनीति के प्रदर्शन को मात देने में सक्षम हैं।[2] यह फोटोनिक्स सिस्टम से किया जा सकता है[3] या ठोस-अवस्था भौतिकी प्रणालियाँ।[4]


विशेषताएँ

फोटोनिक्स और क्वांटम प्रकाशिकी में, फोटोनिक क्वांटम सेंसिंग बेहद सटीक माप करने के लिए क्वांटम उलझाव, एकल फोटॉन और प्रकाश की निचोड़ी हुई अवस्थाओं का लाभ उठाता है। ऑप्टिकल सेंसिंग निरंतर परिवर्तनशील क्वांटम प्रणालियों का उपयोग करती है जैसे विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की स्वतंत्रता की विभिन्न डिग्री, ठोस पदार्थों के कंपन मोड और बोस-आइंस्टीन संघनन।[5] इन क्वांटम प्रणालियों की दो क्वांटम अवस्थाओं के बीच अज्ञात परिवर्तन को चिह्नित करने के लिए जांच की जा सकती है। लक्ष्य के फोटोनिक सेंसर की क्वांटम रोशनी में सुधार करने के लिए कई तरीके मौजूद हैं, जिनका उपयोग क्वांटम सहसंबंध के उपयोग से कमजोर संकेतों का पता लगाने में सुधार के लिए किया गया है।[6][7][8][9] क्वांटम सेंसर अक्सर निरंतर परिवर्तनशील सिस्टम पर बनाए जाते हैं, यानी, क्वांटम सिस्टम जो स्थिति और गति चतुर्भुज जैसी स्वतंत्रता की निरंतर डिग्री की विशेषता रखते हैं। बुनियादी कामकाजी तंत्र आमतौर पर प्रकाश की ऑप्टिकल अवस्थाओं पर निर्भर करता है, जिसमें अक्सर क्वांटम यांत्रिक गुण जैसे निचोड़ना या दो-मोड उलझाव शामिल होता है।[3]ये अवस्थाएँ भौतिक परिवर्तनों के प्रति संवेदनशील हैं जिनका पता इंटरफेरोमेट्रिक माप द्वारा लगाया जाता है।[5]

क्वांटम सेंसिंग का उपयोग गैर-फोटोनिक क्षेत्रों में भी किया जा सकता है जैसे स्पिन क्वबिट क्वांटम कंप्यूटर, आयन जाल, फ्लक्स क्वबिट,[4]और नैनोकण।[10] इन प्रणालियों की तुलना उन भौतिक विशेषताओं से की जा सकती है जिन पर वे प्रतिक्रिया करते हैं, उदाहरण के लिए, फंसे हुए आयन विद्युत क्षेत्रों पर प्रतिक्रिया करते हैं जबकि स्पिन सिस्टम चुंबकीय क्षेत्रों पर प्रतिक्रिया करेंगे।[4]आयन ट्रैप अपने परिमाणित गति स्तरों में उपयोगी होते हैं जो विद्युत क्षेत्र से मजबूती से जुड़े होते हैं। उन्हें सतहों के ऊपर विद्युत क्षेत्र के शोर का अध्ययन करने का प्रस्ताव दिया गया है,[11] और हाल ही में, रोटेशन सेंसर।[12]

ठोस-अवस्था भौतिकी में, क्वांटम सेंसर एक क्वांटम उपकरण है जो उत्तेजना के प्रति प्रतिक्रिया करता है। आम तौर पर यह एक सेंसर को संदर्भित करता है, जिसमें ऊर्जा स्तर होता है, भौतिक मात्रा को मापने के लिए सुसंगतता (भौतिकी) का उपयोग करता है, या शास्त्रीय सेंसर के साथ जो किया जा सकता है उससे परे माप को बेहतर बनाने के लिए उलझाव का उपयोग करता है।[4]सॉलिड-स्टेट क्वांटम सेंसर के लिए 4 मानदंड हैं:[4]

  1. सिस्टम में अलग, समाधान योग्य ऊर्जा स्तर होना चाहिए।
  2. आप सेंसर को इनिशियलाइज़ कर सकते हैं और रीडआउट (चालू) कर सकते हैं और उत्तर पाएं).
  3. आप सेंसर में सुसंगत रूप से हेरफेर कर सकते हैं।
  4. सेंसर एक भौतिक मात्रा के साथ इंटरैक्ट करता है और उस पर कुछ प्रतिक्रिया देता है मात्रा.

अनुसंधान और अनुप्रयोग

क्वांटम सेंसर का उपयोग माइक्रोस्कोपी, पोजिशनिंग सिस्टम, संचार प्रौद्योगिकी, इलेक्ट्रिक और चुंबकीय क्षेत्र सेंसर के साथ-साथ खनिज पूर्वेक्षण और भूकंप विज्ञान जैसे अनुसंधान के भूभौतिकीय क्षेत्रों सहित विभिन्न क्षेत्रों में किया जाता है।[4]कई माप उपकरण परमाणु घड़ियों, स्क्विड और परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी जैसे मापों की जांच के लिए क्वांटम गुणों का उपयोग करते हैं।[4][13] नई तकनीकी प्रगति के साथ, व्यक्तिगत क्वांटम सिस्टम को माप उपकरणों के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, संवेदनशीलता बढ़ाने और शास्त्रीय रणनीतियों के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए क्वांटम उलझाव, सुपरपोजिशन सिद्धांत, हस्तक्षेप और प्रकाश की निचोड़ी हुई अवस्थाओं का उपयोग किया जा सकता है।

प्रारंभिक क्वांटम सेंसर का एक अच्छा उदाहरण एक हिमस्खलन फोटोडायोड (एपीडी) है। एपीडी का उपयोग उलझे हुए फोटॉन|फोटॉन का पता लगाने के लिए किया गया है। अतिरिक्त कूलिंग और सेंसर सुधार के साथ मेडिकल इमेजिंग जैसे क्षेत्रों में फोटोमल्टीप्लायर ट्यूब (पीएमटी) का उपयोग किया जा सकता है। एपीडी, 2-डी और यहां तक ​​कि 3-डी स्टैक्ड एरेज़ के रूप में, सिलिकॉन डायोड पर आधारित पारंपरिक सेंसर के सीधे प्रतिस्थापन के रूप में उपयोग किया जा सकता है।[14] रक्षा अग्रिम जाँच परियोजनाएं एजेंसी (DARPA) ने ऑप्टिकल क्वांटम सेंसर में एक शोध कार्यक्रम शुरू किया है, जो क्वांटम मेट्रोलॉजी और क्वांटम इमेजिंग, जैसे क्वांटम लिथोग्राफी और NOON राज्य से विचारों का फायदा उठाना चाहता है।[15] LIDAR का जैसे ऑप्टिकल सेंसर सिस्टम के साथ इन लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए।[16][17][18] संयुक्त राज्य अमेरिका क्वांटम सेंसिंग को सैन्य उपयोग के लिए क्वांटम तकनीकों में सबसे परिपक्व मानता है, जो सैद्धांतिक रूप से कवरेज के बिना क्षेत्रों में GPS की जगह लेता है या संभवतः खुफिया, निगरानी, ​​​​लक्ष्य अधिग्रहण और टोही के साथ काम करता है #आईएसआर_(इंटेलिजेंस,_निगरानी,_और_टोही) क्षमताओं या पता लगाना पनडुब्बी या भूमिगत संरचनाएं या वाहन, साथ ही परमाणु सामग्री।[19]

फोटोनिक क्वांटम सेंसर, माइक्रोस्कोपी और गुरुत्वाकर्षण तरंग डिटेक्टर

फोटोनिक प्रणालियों के लिए, अनुसंधान के वर्तमान क्षेत्र फीडबैक और अनुकूली प्रोटोकॉल पर विचार करते हैं। यह भेदभाव और बोसोनिक हानि के आकलन में अनुसंधान का एक सक्रिय क्षेत्र है।[20] इंटरफेरोमेट्री में निचोड़ा हुआ प्रकाश इंजेक्ट करने से कमजोर संकेतों के प्रति उच्च संवेदनशीलता की अनुमति मिलती है जो शास्त्रीय रूप से पता लगाने में असमर्थ होंगे।[1] गुरुत्वाकर्षण तरंग संवेदन में क्वांटम सेंसिंग का व्यावहारिक अनुप्रयोग साकार होता है।[21] गुरुत्वाकर्षण-तरंग वेधशाला, जैसे कि LIGO, क्वांटम सीमा से नीचे संकेतों को मापने के लिए प्रकाश की निचोड़ी हुई अवस्थाओं का उपयोग करती है।[22] प्लास्मोनिक सेंसर और परमाणु बल माइक्रोस्कोपी में क्वांटम सीमा से नीचे के संकेतों का पता लगाने के लिए प्रकाश की निचोड़ी हुई अवस्था का भी उपयोग किया गया है।[23]

प्रक्षेपण शोर हटाने का उपयोग

क्वांटम सेंसिंग में रिज़ॉल्यूशन सीमाओं को पार करने की क्षमता भी है, जहां प्रक्षेपण शोर को गायब करके दो करीबी आवृत्तियों के बीच लुप्त हो रही भिन्नता के वर्तमान मुद्दों को दूर किया जा सकता है।[24][25] कम होते प्रक्षेपण शोर का संचार प्रोटोकॉल और नैनो-परमाणु चुंबकीय अनुनाद में प्रत्यक्ष अनुप्रयोग होता है।[26][27] उलझाव के अन्य उपयोग मौजूदा परमाणु घड़ियों को बेहतर बनाने के लिए एन्टैंगलमेंट का उपयोग किया जा सकता है[28][29] या अधिक संवेदनशील मैग्नेटोमीटर बनाएं।[30][31]

क्वांटम राडार

क्वांटम रडार भी अनुसंधान का एक सक्रिय क्षेत्र है। वर्तमान शास्त्रीय रडार कई लक्ष्य बिनों से पूछताछ कर सकते हैं जबकि क्वांटम रडार एकल ध्रुवीकरण या सीमा तक सीमित हैं।[32] क्वांटम उलझे हुए माइक्रोवेव का उपयोग करने वाला एक प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट क्वांटम रडार या क्वांटम इल्यूमिनेटर कमरे के तापमान पर कम परावर्तन वाली वस्तुओं का पता लगाने में सक्षम था - जो बेहतर रडार सिस्टम, सुरक्षा स्कैनर और मेडिकल इमेजिंग सिस्टम के लिए उपयोगी हो सकता है।[33][34][35]

न्यूरोइमेजिंग

न्यूरोइमेजिंग में, पहला क्वांटम मस्तिष्क स्कैनर चुंबकीय इमेजिंग का उपयोग करता है और एक नया संपूर्ण-मस्तिष्क स्कैनिंग दृष्टिकोण बन सकता है।[36][37]

भूमिगत लोगों का गुरुत्वाकर्षण मानचित्रण

ग्रेविटी ग्रेडियोमेट्री#अन्य ग्रेविटी ग्रेडियोमीटर|क्वांटम ग्रेविटी-ग्रेडियोमीटर जिनका उपयोग किया जा सकता है map और भूमिगत अन्वेषण भी विकास में हैं।[38][39]


संदर्भ

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