مروری بر حسگرهای کوانتومی

سنجش کوانتومی با استفاده از سیستم کوانتومی، خواص کوانتومی یا پدیده‌های کوانتومی، اندازه‌گیری یک مقدار فیزیکی را توصیف می‌کند. حسگرهای کوانتومی می‌توانند به حساسیت‌هایی برسند، که طبق قوانین متعارف فیزیک که زندگی روزمره را کنترل می‌کنند، غیرممکن باشد. این سطح حساسیت تنها به لطف دنیای مکانیک کوانتومی با خواص جذاب آن، مانند برهم‌نهی که در آن اتم می‌تواند در آن واحد در دو تراز مختلف انرژی باشد، قابل حصول است. نمونه‌های تاریخی حسگرهای کوانتومی شامل مغناطیس‌سنجی‌ها مبتنی بر دستگاه‌های تداخل کوانتومی ابررسانا و بخارات اتمی یا ساعت‌های اتمی است. به تازگی، سنجش کوانتومی به یک شاخه مجزا از تحقیقات در حال رشد در حوزه علم و فناوری کوانتومی تبدیل شده است، با رایج‌ترین سطوح که به کیوبیت‌های اسپینی، یون‌های به دام افتاده و کیوبیت‌های شار می‌پردازند. انتظار می‌رود این زمینه فرصت‌های جدیدی را با توجه به حساسیت و دقت بالا در فیزیک کاربردی و سایر زمینه‌های علمی فراهم کند. در این بررسی، مقدمه‌ای بر اصول اساسی، مفاهیم وکاربردهایی از حسگرهای کوانتومی ارایه خواهد شد.

REVIEW OF QUANTUM SENSORS

ABSTRACT: Using quantum systems, properties or phenomena are particular ways to measure a physical quantity. Quantum sensors are eligible to reach sensitivities that are not justifiable due to the usual physics laws. This level of sensitivity is only accessible by the quantum mechanic world and its inspiring features such as the possibility for simultaneous atoms presence at the two different energy bands. Magnetometers based on superconductive quantum interference systems or atomic clocks are historic examples of quantum sensors. Recently, quantum sensing has become a separate branch of progressing investigations in quantum science and technology, which points to spin qubits, trapped ions, and flux qubits. According to the high sensitivity and accuracy of the quantum sensors, it can open many new opportunities in the realm of applicable physic and other scientific fields. In this study, we present an introduction to basic principles, concepts, and applications of quantum sensors.