क्वांटम सेंसर

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क्वांटम प्रौद्योगिकी के अन्दर , क्वांटम सेंसर क्वांटम यांत्रिकी के गुणों का उपयोग करता है, जैसे कि क्वांटम दुविधाजनक है ,किन्तु क्वांटम हस्तक्षेप और क्वांटम स्थिति उद्धरण जिसने परिशुद्धता को अनुकूलित किया है और सेंसर में और वर्तमान सीमाओं को मात दी 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 विधियों अनुप्रयोगों में किसी भी मौलिक रणनीति के प्रदर्शन को मात देने में सक्षम होते हैं।[2] इस प्रकार से यह फोटोनिक्स प्रणाली से किया जा सकता है[3] या कठिन -अवस्था भौतिकी प्रणालियाँ के साथ किया जा सकता है ।[4]

विशेषताएँ

इस प्रकार से फोटोनिक्स और क्वांटम प्रकाशिकी में, फोटोनिक क्वांटम सेंसिंग अधिक स्पष्ट माप करने के लिए क्वांटम दुविधाजनक है , एकल फोटॉन और प्रकाश की निचोड़ी हुई अवस्थाओं का लाभ उठाता है। और 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 का संघनन होता है ।[5] अर्थात क्वांटम प्रणालियों की दो क्वांटम अवस्थाओं के मध्य अज्ञात परिवर्तन को चिह्नित करने के लिए जांच की जा सकती है। किन्तु लक्ष्य के फोटोनिक सेंसर की क्वांटम प्रकाश में सुधार करने के लिए अनेक विधियां उपस्थित की गयी हैं, जिनका उपयोग क्वांटम सहसंबंध के उपयोग से निर्बल संकेतों का पता लगाने में सुधार के लिए किया गया है।[6][7][8][9]

किन्तु क्वांटम सेंसर सदैव निरंतर परिवर्तनशील प्रणाली पर बनाए जाते हैं, अर्थात , क्वांटम प्रणाली जो की स्थिति और गति चतुर्भुज जैसी स्वतंत्रता की निरंतर डिग्री की विशेषता रखते हैं। और मूलभूत कार्य तंत्र सामान्यतः प्रकाश की ऑप्टिकल अवस्थाओं पर निर्भर करता है, जिसमें सदैव क्वांटम यांत्रिक गुण जैसे उद्धरण या दो-मोड दुविधाजनक सम्मिलित होता है।[3] ये अवस्थाएँ भौतिक परिवर्तनों के प्रति संवेदनशील हैं जिनका पता इंटरफेरोमेट्रिक माप द्वारा लगाया जाता है।[5]

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

इस प्रकार से ठोस-अवस्था भौतिकी में, क्वांटम सेंसर क्वांटम उपकरण है जो उत्तेजना के प्रति प्रतिक्रिया करता है। सामान्यतः यह सेंसर को संदर्भित करता है, जिसमें ऊर्जा स्तर होता है, भौतिक मात्रा को मापने के लिए सुसंगतता (भौतिकी) का उपयोग करता है, या मौलिक सेंसर के साथ जो किया जा सकता है उससे परे माप को श्रेष्ट बनाने के लिए दुविधाजनक का उपयोग करता है।[4] जिससे सॉलिड-स्टेट क्वांटम सेंसर के लिए 4 मानदंड प्रमुख होते हैं:[4]

  1. प्रणाली में पृथक, समाधान योग्य ऊर्जा स्तर होना चाहिए।
  2. आप सेंसर को इनिशियलाइज़ कर सकते हैं और रीडआउट कर सकते हैं (चालू करें और उत्तर प्राप्त करें)।
  3. आप सेंसर में सुसंगत रूप से हेरफेर कर सकते हैं।
  4. सेंसर एक भौतिक मात्रा के साथ संपर्क करता है और उस मात्रा के प्रति उसकी कुछ प्रतिक्रिया होती है।

अनुसंधान और अनुप्रयोग

इस प्रकार से क्वांटम सेंसर का उपयोग माइक्रोस्कोपी, पोजिशनिंग प्रणाली , 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] अनेक माप उपकरण परमाणु घड़ियों, स्क्विड और परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी जैसे मापों की जांच के लिए क्वांटम गुणों का उपयोग करते हैं।[4][13] इसके अतिरिक्त नई विधि की प्रगति के साथ कार्य करती है , और व्यक्तिगत क्वांटम प्रणाली को माप उपकरणों के रूप में उपयोग किया जा सकता है, संवेदनशीलता बढ़ाने और मौलिक रणनीतियों के प्रदर्शन को श्रेष्ट बनाने के लिए क्वांटम दुविधाजनक , सुपरपोजिशन सिद्धांत, हस्तक्षेप और प्रकाश की निचोड़ी हुई अवस्थाओं का उपयोग किया जा सकता है।

इस प्रकार से प्रारंभिक क्वांटम सेंसर का उत्तम उदाहरण है हिमस्खलन फोटोडायोड (एपीडी) अर्थात एपीडी का उपयोग उलझे हुए फोटॉन फोटॉन का पता लगाने के लिए किया गया है। इसके 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 है , सिलिकॉन डायोड पर आधारित पारंपरिक सेंसर के सीधे प्रतिस्थापन के रूप में उपयोग किया जा सकता है।[14]

चूंकि रक्षा अग्रिम जाँच परियोजनाएं एजेंसी (डीएआरपीए ) ने ऑप्टिकल क्वांटम सेंसर में शोध प्रोग्राम प्रारंभ किया है, जो की क्वांटम मेट्रोलॉजी और क्वांटम इमेजिंग, जैसे क्वांटम लिथोग्राफी और नून अवस्था से विचारों का लाभ उठाना चाहता है।[15] लिडार का जैसे ऑप्टिकल सेंसर प्रणाली के साथ इन लक्ष्यों को प्राप्त करने के लिए किया जाता है ।[16][17][18] संयुक्त अवस्था अमेरिका क्वांटम सेंसिंग को सैन्य उपयोग के लिए क्वांटम विधियो में अधिक परिपक्व मानता है, जो की सैद्धांतिक रूप से कवरेज के बिना क्षेत्रों में जीपीएस का स्थान लेता है या संभवतः गुप्त , निरीक्षण , ​​​​लक्ष्य अधिग्रहण और टोही के साथ काम करता है या आईएसआर (इंटेलिजेंस, निरीक्षण ,और टोही) क्षमताओं या पता लगाना पनडुब्बी या भूमिगत संरचनाएं या वाहन, साथ ही परमाणु सामग्री का पता लगाता है।।[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 सक्रिय क्षेत्र है।[20]

इंटरफेरोमेट्री में निचोड़ा हुआ प्रकाश इंजेक्ट करने से निर्बल संकेतों के प्रति उच्च संवेदनशीलता की अनुमति मिलती है जो मौलिक रूप से पता लगाने में असमर्थ होते है ।[1] किन्तु गुरुत्वाकर्षण तरंग संवेदन में क्वांटम सेंसिंग का व्यावहारिक अनुप्रयोग साकार होता है।[21] गुरुत्वाकर्षण-तरंग वेधशाला, जैसे कि एलआईजीओ, क्वांटम सीमा से नीचे संकेतों को मापने के लिए प्रकाश की निचोड़ी हुई अवस्थाओं का उपयोग करती है।[22] अर्थात प्लास्मोन 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 ध्वनि निवारण का उपयोग

इस प्रकार से क्वांटम सेंसिंग में रिज़ॉल्यूशन सीमाओं को पार करने की क्षमता भी है, जहां प्रक्षेपण ध्वनि को विलुप्त करके दो समीप आवृत्तियों के मध्य विलुप्त हो रही है अतः भिन्नता के वर्तमान मुद्दों को दूर किया जा सकता है।[24][25] लघु प्रक्षेपण ध्वनि का संचार प्रोटोकॉल और नैनो-परमाणु चुंबकीय अनुनाद में प्रत्यक्ष अनुप्रयोग होता है।[26][27]

दुविधाजनक के अन्य उपयोग

इस प्रकार से उपस्थित परमाणु घड़ियों को श्रेष्ट बनाने के लिए एन्टैंगलमेंट का उपयोग किया जा सकता है[28][29] या अधिक संवेदनशील मैग्नेटोमीटर बनाएं जाते है ।[30][31]

क्वांटम राडार

क्वांटम रडार भी अनुसंधान का सक्रिय क्षेत्र है।जो की वर्तमान मौलिक 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 प्रूफ-ऑफ-कॉन्सेप्ट क्वांटम रडार या क्वांटम इल्यूमिनेटर कमरे के तापमान पर कम परावर्तन वाली वस्तुओं का पता लगाने में सक्षम था - जो श्रेष्ट रडार प्रणाली , सुरक्षा स्कैनर और मेडिकल इमेजिंग प्रणाली के लिए उपयोगी हो सकता है।[33][34][35]

न्यूरोइमेजिंग

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

भूमिगत लोगों का गुरुत्वाकर्षण मानचित्रण

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

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 Li, Dong; Gard, Bryan T.; Gao, Yang; Yuan, Chun-Hua; Zhang, Weiping; Lee, Hwang; Dowling, Jonathan P. (2016-12-19). "समता पहचान के माध्यम से एसयू(1,1) इंटरफेरोमीटर में हाइजेनबर्ग सीमा पर चरण संवेदनशीलता". Physical Review A (in English). 94 (6): 063840. arXiv:1603.09019. Bibcode:2016PhRvA..94f3840L. doi:10.1103/PhysRevA.94.063840. S2CID 118404862.
  2. ↑ Rademacher, Markus; Millen, James; Li, Ying Lia (2020-10-01). "Quantum sensing with nanoparticles for gravimetry: when bigger is better". Advanced Optical Technologies (in English). 9 (5): 227–239. arXiv:2005.14642. Bibcode:2020AdOT....9..227R. doi:10.1515/aot-2020-0019. ISSN 2192-8584. S2CID 219124060.
  3. ↑ 3.0 3.1 Pirandola, S; Bardhan, B. R.; Gehring, T.; Weedbrook, C.; Lloyd, S. (2018). "फोटोनिक क्वांटम सेंसिंग में प्रगति". Nature Photonics. 12 (12): 724–733. arXiv:1811.01969. Bibcode:2018NaPho..12..724P. doi:10.1038/s41566-018-0301-6. S2CID 53626745.
  4. ↑ 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 Degen, C. L.; Reinhard, F.; Cappellaro, P. (2017). "क्वांटम संवेदन". Reviews of Modern Physics. 89 (3): 035002. arXiv:1611.02427. Bibcode:2017RvMP...89c5002D. doi:10.1103/RevModPhys.89.035002. S2CID 2555443.
  5. ↑ 5.0 5.1 Adesso, Gerardo; Ragy, Sammy; Lee, Antony R. (June 2014). "Continuous Variable Quantum Information: Gaussian States and Beyond". Open Systems & Information Dynamics (in English). 21 (1n02): 1440001. arXiv:1401.4679. doi:10.1142/S1230161214400010. S2CID 15318256.
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  7. ↑ Shapiro, Jeffrey H; Lloyd, Seth (2009-06-24). "क्वांटम रोशनी बनाम सुसंगत-राज्य लक्ष्य का पता लगाना". New Journal of Physics. 11 (6): 063045. arXiv:0902.0986. Bibcode:2009NJPh...11f3045S. doi:10.1088/1367-2630/11/6/063045. S2CID 2396896.
  8. ↑ Barzanjeh, Sh.; Abdi, M.; Milburn, G. J.; Tombesi, P.; Vitali, D. (2012-09-28). "प्रतिवर्ती ऑप्टिकल-टू-माइक्रोवेव क्वांटम इंटरफ़ेस". Physical Review Letters (in English). 109 (13): 130503. arXiv:1110.6215. Bibcode:2012PhRvL.109m0503B. doi:10.1103/PhysRevLett.109.130503. PMID 23030075. S2CID 6470118.
  9. ↑ Guha, Saikat; Erkmen, Baris I. (2009-11-10). "लक्ष्य का पता लगाने के लिए गॉसियन-स्टेट क्वांटम-रोशनी रिसीवर". Physical Review A (in English). 80 (5): 052310. arXiv:0911.0950. Bibcode:2009PhRvA..80e2310G. doi:10.1103/PhysRevA.80.052310. S2CID 109058131.
  10. ↑ Kustura, K.; Gonzalez-Ballestero, C.; De los Ríos Sommer, A.; Meyer, N.; Quidant, R.; Romero-Isart, O. (2022-04-07). "माइक्रोकैविटी में अस्थिर गतिशीलता के माध्यम से यांत्रिक निचोड़ना". Physical Review Letters (in English). 128 (14): 143601. arXiv:2112.01144. Bibcode:2022PhRvL.128n3601K. doi:10.1103/PhysRevLett.128.143601. PMID 35476467. S2CID 244799128.
  11. ↑ Brownnutt, M.; Kumph, M.; Rabl, P.; Blatt, R. (2015-12-11). "सतहों के निकट विद्युत-क्षेत्र शोर का आयन-ट्रैप माप". Reviews of Modern Physics (in English). 87 (4): 1419–1482. arXiv:1409.6572. Bibcode:2015RvMP...87.1419B. doi:10.1103/RevModPhys.87.1419. S2CID 119008607.