钻石量子传感器可更精准监测电动车电池

钻石量子传感器可更精准监测电动车电池东京工业大学研究人员提出了一个解决电动汽车低效的方案。在发表于6日《科学报告》杂志上的研究中，该团队报告了一种基于钻石量子传感器的检测技术，该技术可以在测量电动汽车大电流时，以1%的精确度估计电池电量。电动汽车低效的一个主要原因是对电池电量估计不准，电池的充电状态是基于电池的电流输出来测量的，据此可估计车辆的剩余行驶里程。通常情况下，电动汽车电池的电流可达到数百安培，能够检测到这种电流的商用传感器无法测量毫安级别的电流的微小变化，导致在估计电池电量时约有10%的模糊性，这意味着电动汽车的续航里程可延长10%。此次研究中，该团队使用两个钻石量子传感器制作了一个原型传感器，这两个传感器放置在汽车母线（进出电流的电子接头）的两侧。他们使用了“差分检测”技术，消除了两个传感器检测到的共同噪声，只保留了实际信号，从而能在背景环境噪声中检测到10毫安的小电流。研究团队对两个微波发生器产生的频率进行了模拟—数字混合控制，以在1千兆赫的带宽上追踪量子传感器的磁共振频率。他们发现，磁共振频率可实现±1000安的大动态范围（检测到的最大电流与最小电流之比）。此外，该传感器在-40℃—85℃的宽工作温度范围涵盖一般的车辆应用。最后，该团队对这一原型进行了全球统一轻型车辆测试循环（WLTC）驾驶测试，这是一种电动汽车能耗的标准测试。该传感器准确跟踪了-50安到130安的充放电电流，电池电量估计精度在1%以内。研究人员称：“将电池使用效率提高10%，这将使2030年2000万辆新型电动汽车的运行能耗减少3.5%，生产能耗减少5%。这又相当于2030年全球运输领域二氧化碳排放量减少0.2%。”研究团队表示，希望这一突破能让人类离碳中和社会更近一步。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1313269.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1313269.htm

钻石量子传感器能以毫米的分辨率测量心脏电流

钻石量子传感器能以毫米的分辨率测量心脏电流许多心脏问题--包括心动过速和心肌颤动主要源于电流在心脏中传播方式的不完善。然而不幸的是，医生很难研究这些不完善之处，这是因为测量这些电流涉及高度侵入性程序和暴露于X射线辐射。不过幸运的是，还有其他选择。比如磁心动图(MCG)是一种有希望的间接测量心脏电流的替代方法。该技术涉及感应心脏附近由心脏电流引起的磁场的微小变化。这可以以一种完全无接触的方式完成。为此，科研人员们已经开发了适合这一目的的各种类型的量子传感器。然而它们的空间分辨率被限制在厘米级，这对于检测在毫米级传播的心脏电流来说是不够的。此外，这些传感器中的每一个都有其实际限制，如尺寸和工作温度。在日前发表在《CommunicationsPhysics》上的一项新研究中，一个科学家团队开发了一种新型装置以更高的分辨率进行MCG。他们的方法是基于一个由氮空位组成的钻石量子传感器，氮空位作为特殊的磁“中心”对心脏电流产生的弱磁场敏感。研究人员由日本东京工业大学的TakayukiIwasaki副教授领导。但如何观察这些中心的状态以提取有关心脏电流的信息呢？事实证明，该传感器也是荧光的，这意味着它很容易吸收特定频率的光，然后以不同的频率重新发射出来。最重要的是，在氮空位处重新发射的光的强度会根据外部磁场的强度和方向而变化。研究人员创建了一个MCG装置，其使用一个532纳米（绿色）激光器来激发钻石传感器和一个光电二极管来捕捉重新发射的光子（光粒子）。另外，他们还开发了数学模型以准确地将这些捕获的光子跟相应的磁场及反过来与负责这些光子的心脏电流进行映射。凭借前所未有的5.1毫米的空间分辨率，拟议的系统可以创建在实验室大鼠心脏中测量的心脏电流的详细二维地图。此外，哥们其他成熟的需要低温的MCG传感器不同，钻石传感器可以在室温下运行。这使研究人员能将他们的传感器放置在极其靠近心脏组织的位置，这放大了测量的信号。Iwasaki博士强调道：“我们的非接触式传感器的优势跟我们目前的模型相结合，其将允许使用小型哺乳动物模型对心脏缺陷进行更精确的观察。”总的来说，这项研究中开发的MCG装置似乎是一个有希望的工具，它可以理解许多心脏问题及其他涉及电流的身体过程。在这方面，Iwaasaki说道：“我们的技术将能研究各种心律失常的起源和发展及其他生物电流驱动的现象。”...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1307761.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1307761.htm

研究人员利用钻石量子传感器延长了EV续航里程

研究人员利用钻石量子传感器延长了EV续航里程电动汽车(EV)作为传统汽油内燃机汽车的环保替代品，其受欢迎程度一直在上升。这就引发了针对开发高效EV电池的主要研究工作。然而电动汽车的一个重要低效率则是由对电池电量的不准确估计造成。通过测量电池的电流输出以评估电动车电池的充电状态这种方法被用来计算车辆的剩余驾驶里程的估计值。通常情况下，EV的电池电流可以达到数百安培。然而能够检测这种电流的商业传感器无法测量毫安级的电流的微小变化。这导致了电池电量估算中约10%的不确定性。这意味着，EV的行驶里程可以延长10%。这反过来将减少电池的低效使用。幸运的是，一个科学家团队现在已经想出了一个解决方案。在他们的研究中，他们报告了一种基于钻石量子传感器的检测技术，在测量EV典型的高电流时可以在1%的精度内估计电池电量。来自日本东京工业大学的研究团队由的MutsukoHatano教授领导，他们的研究报告已于今日发表在《ScientificReports》上。“我们开发了对毫安级电流敏感的钻石传感器，其结构紧凑并可以在汽车中实施。此外，我们测量了大范围的电流并在嘈杂的环境中检测到了毫安级的电流，”Hatano教授说道。据悉，研究人员开发了一个使用了两个钻石量子传感器的原型传感器，它们被放置在汽车的母线（输入和输出电流的电气连接点）的两侧。然后他们使用一种叫做“差分检测”的技术消除了两个传感器检测到的共同噪音，只保留实际信号。这反过来使他们能在背景环境噪声中检测到10毫安的小电流。接下来，科学家团队使用两个微波发生器产生的频率的模拟-数字混合控制以在1千兆赫兹的带宽内追踪量子传感器的磁共振频率。这使得大动态范围（检测到的最大电流与最小电流之比）达到±1000A。此外，-40至+85℃的宽工作温度范围被确认为涵盖了常规车辆应用。最后，研究小组在全球统一轻型汽车测试周期(WLTC)驾驶中测试了该原型，这是EV能源消耗的标准测试。该传感器准确地追踪了从-50A到130A的充/放电电流，另外还证明了电池电量估计的准确性在1%以内。那么这些发现有什么意义呢？Hatano教授说道：“将电池使用效率提高10%将使电池重量减轻10%，这将使2030年WW的2000万辆新EV减少3.5%的运行能量和5%的生产能量。而这又相当于在2030年WW交通领域减少0.2%的二氧化碳排放。”我们当然希望这一突破使我们离碳中性社会更近一步！"。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1313115.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1313115.htm

量子计算超低温温度传感器研制成功 并投入国产量子计算机中使用

量子计算超低温温度传感器研制成功并投入国产量子计算机中使用本源超导量子计算机产品测温范围为10mK~40K，通用性很广，能非常方便地安装到稀释制冷机上。安徽省量子计算工程研究中心相关研发团队负责人张俊峰表示，量子芯片是量子计算机的核心器件，实时监测量子芯片运行的温度环境能够对整个量子计算机系统起到关键性作用。本源量子团队成功研制出国产超低温温度传感器，使我国在极低温领域的温度测量精度达到国际先进水平，为量子计算机实现完全自主可控迈出了重要一步。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1360393.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1360393.htm

纠缠增强传感技术为先进量子传感器的研发和进步打下了基础

纠缠增强传感技术为先进量子传感器的研发和进步打下了基础因斯布鲁克物理学家将链中的所有粒子相互纠缠，产生了所谓的挤压量子态。资料来源：StevenBurrows和雷伊小组/JILA现在，由克里斯蒂安-罗斯（ChristianRoos）领导的因斯布鲁克大学和奥地利科学院量子光学与量子信息研究所（IQOQI）的科学家们展示了如何利用产生纠缠的特殊方法来进一步提高光学原子钟功能不可或缺的测量精度。"量子系统的观测总是受到一定统计不确定性的影响。"ChristianRoos团队的JohannesFranke解释说："这是量子世界的本质决定的。"纠缠可以帮助我们减少这些误差"。在美国博尔德JILA理论家安娜-玛丽亚-雷伊的支持下，因斯布鲁克的物理学家们在实验室里对纠缠粒子集合的测量精度进行了测试。研究人员使用激光来调节排列在真空室中的离子之间的相互作用，并将它们纠缠在一起。"相邻粒子之间的相互作用会随着粒子间距离的增加而减弱。因此，我们利用自旋交换相互作用，让系统表现得更有集体性，"因斯布鲁克大学理论物理系的拉斐尔-考布吕格尔解释说。因此，链中的所有粒子都相互纠缠，产生了所谓的挤压量子态。物理学家以此证明，通过将51个离子与单个粒子纠缠在一起，测量误差大约可以减半。在此之前，纠缠增强传感主要依赖于无限的相互作用，这就限制了它只适用于某些量子平台。"因斯布鲁克量子物理学家通过实验证明，量子纠缠使传感器更加灵敏。"克里斯蒂安-罗斯说："我们在实验中使用了一种光学转变，原子钟也采用了这种转变。这项技术可以改善目前使用原子钟的领域，如卫星导航或数据传输。此外，这些先进的时钟还能为寻找暗物质或确定基本常数的时间变化等研究提供新的可能性。"克里斯蒂安-罗斯和他的团队现在希望在二维离子群中测试这种新方法。目前的研究成果发表在《自然》（Nature）杂志上。在同一期杂志上，研究人员利用中性原子发表了非常相似的结果。在因斯布鲁克进行的研究得到了奥地利科学基金FWF和奥地利蒂罗尔工业联合会等机构的资助。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1380631.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1380631.htm

研究人员利用量子纠缠概念将导航传感器的精度上升到一个新的高度

研究人员利用量子纠缠概念将导航传感器的精度上升到一个新的高度量子纠缠是量子力学中的一种现象，两个或更多的粒子可以成为相关的，一个粒子的状态取决于另一个粒子的状态，即使相隔很远。这意味着，一个粒子的状态变化可以瞬间影响另一个粒子的状态，而不考虑它们之间的距离。这种看似矛盾和反直觉的行为已在许多实验中得到证实，并被认为是量子力学最迷人和神秘的方面之一。密歇根大学电气和计算机工程系副教授、该研究的共同通讯作者ZheshenZhang说："通过利用纠缠，我们既提高了测量灵敏度，也提高了我们进行测量的速度。"实验是在亚利桑那大学完成的。光学机械传感器测量干扰机械传感装置的力，而机械传感装置会响应地移动。然后用光波测量该运动。在这个实验中，传感器是膜，它的作用就像鼓头，在经历了一个推力之后会振动。光机械传感器可以作为加速度计使用，在没有GPS卫星的星球上可以用于惯性导航，或者在一栋大楼内，当一个人在不同楼层导航时，也可以使用。量子纠缠可以使光机械传感器比目前使用的惯性传感器更精确。它还可以使光机械传感器寻找非常微妙的力量，如识别暗物质的存在。暗物质是不可见的物质，据信它在宇宙中的质量是我们用光所能感知的质量的五倍。它将用引力拉扯传感器。以下是纠缠如何改善光机械传感器的原理：光学机械传感器依赖于两束同步的激光。其中一束从传感器中反射出来，而传感器中的任何运动都会改变光在到达检测器的途中所走的距离。当第二波与第一波重叠时，这种移动距离的差异就会显示出来。如果传感器是静止的，这两个波是完全一致的。但是，如果传感器在移动，它们会产生一个干扰模式，因为它们的波峰和波谷在某些地方会相互抵消。这种模式显示了传感器振动的大小和速度。通常在干涉测量系统中，光走得越远，系统就越精确。地球上最敏感的干涉测量系统--激光干涉仪引力波观测站可以将光送入8公里的旅程，但这种规模的设备这是不可能装入智能手机的。为了使小型化光学机械传感器达到高精度，Zhang的团队探索了量子纠缠。他们没有把光分成一次，让它在一个传感器和一个镜子上反弹，而是把每束光分成第二次，让光在两个传感器和两个镜子上反弹。亚利桑那大学光学科学助理教授达尔齐尔-威尔逊与他的博士生阿曼-阿格拉瓦和克里斯蒂安-普鲁查一起建造了这些膜设备。这些膜只有100纳米或0.0001毫米厚，可以对非常小的力做出反应。增加一倍的传感器可以提高精确度，因为膜的振动应该是相互同步的，但纠缠增加了额外的协调水平。研究小组通过"挤压"激光来创造纠缠。在量子力学物体中，例如构成光的光子，对一个粒子的位置和动量的了解程度有一个基本限制。因为光子也是波，这就转化为波的相位（它在振荡中的位置）和振幅（它携带多少能量）。"这种挤压重新分配了不确定性，因此被挤压的部分可以更精确地知道，而反挤压的部分则带有更多的不确定性。我们挤压了相位，因为那是我们的测量需要知道的，"亚利桑那大学Zhang实验室刚毕业的博士生、该论文的共同通讯作者YiXia说。在挤压的光线中，光子彼此之间的关系更加密切，研究人员将光子通过分光器时发生的情况与汽车在高速公路上走到岔路口形成对比。"你有三辆车走一条路，三辆车走另一条路。但在量子叠加中，每辆车都是双向行驶的。现在左边的车与右边的车纠缠在一起，"他说。因为两个纠缠的光束的波动是相关的，它们的相位测量的不确定性是相关的。因此，通过一些数学技巧，该团队能够得到比两个未纠缠的光束更精确的测量结果，而且他们可以以60%的速度完成。更重要的是，精度和速度有望与传感器的数量成比例上升。根据设想，纠缠增强型传感器阵列将比现有传感技术提供数量级的性能增益，以实现对目前物理模型以外的粒子的检测，为一个尚未被观察到的新世界打开大门。该团队的下一步是将该系统小型化。目前，他们已经可以把挤压光源放在一个边长只有半厘米的芯片上。他们希望在一两年内拥有一个带有挤压光源、分束器、波导和惯性传感器的原型芯片。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357957.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357957.htm