在新的支持下，量子尺度传感器将产生人类尺度的效益

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18个研究团队获得了美国国家科学基金会的资助，以追求新的传感器技术控制量子现象，精确测量以前无法测量的。

有一天，一种新型的传感器可能会让医生精确定位单个细胞内的感染情况，或者让地质学家不用举起铁锹就能找到地下矿藏。

在美国国家科学基金会2900万美元投资的支持下，18个研究团队的目标是将这些创新成果付诸实践。其目的是利用自然界的无限小(有时是违反直觉的)量子尺度特性，在人类尺度上创造新的机会。

这18个团队由美国各地大学的研究人员组成，他们竞争并赢得了美国国家科学基金会量子传感挑战项目的资助，以促进量子系统的转型进步。

每个团队将在四年的时间里获得100万至200万美元的资金，用于利用量子现象进行研究，比如纠缠(当两个或多个独立粒子的某些特性无形地联系在一起时)，以制造出可以做其他情况下不可能做的事情的传感器。

总的来说，这些团队将进行广泛的探索性研究活动，从用超精密原子钟测量山脉的高度和密度，到用量子纠缠的光粒子揭示活细胞的内部功能。

NSF主任Sethuraman Panchanathan说:“几十年来，在量子尺度上的科学探索已经产生了关于宇宙如何运作的惊人发现，以及量子技术的诱人可能性。”

“我们现在正通过这些项目和其他项目在量子研究方面迈出下一步，这些项目将基础研究与潜在应用相结合，可以对我们的生活、经济繁荣和国家竞争力产生积极影响。”

这些新项目是NSF实现2018年《国家量子倡议法案》(National Quantum Initiative Act)所要求的科技进步的更广泛战略的一部分，特别是2022年国家科学技术委员会(National Science and Technology Council)的《将量子传感器付诸实践》报告。

研究团队中有两个位于参与国家科学基金会“刺激竞争性研究建立计划”(EPSCoR)的州，该计划为美国历史上获得较少联邦研究资助的地区提供资金。

除了研究密集型大学之外，这些团队还包括一个来自新兴研究机构的团队。

所有团队将在开展研发工作的同时开展教育和外展活动。这些活动包括与学生和教师合作的K-12课程，与当地社区学院的合作，以及其他指导计划，以激励学生追求与量子相关的科学和工程事业。

这18个团队和项目是:

用于计时和惯性传感的紧凑而坚固的量子原子传感器(威斯康星大学麦迪逊分校)

该团队将使用光子技术和超冷原子来制造便携式加速度计和原子钟，它们足够坚固，可以在太空等恶劣环境中使用，或者在无法使用GPS的车辆中使用。

利用二维材料开发氦-4量子传感器(内华达大学里诺分校)

该团队将制造一个带有原子尺度孔隙的膜，在超流体(零粘度的液体)储层之间形成一个被称为约瑟夫森结的弱链接，以探索超流体的量子特性如何能够实现对压力、重力、旋转和加速度的新型超精密测量。

用于望远镜和计量学的分布式纠缠量子增强干涉成像(俄勒冈大学)

该团队将为量子增强望远镜建造关键部件，该望远镜使用纠缠光子来支持超长基线干涉测量，以改善天文物体和遥感的成像。

大气和气溶胶化学的分布式纠缠量子传感(加州大学洛杉矶分校)

该团队将使用光纠缠态的分布式量子传感和新型量子光谱技术，超越“标准量子极限”，用于遥感大气成分，如氨、氮氧化物和有机氢过氧化物。

利用磁振子的量子传感推动磁性材料和器件的发展(凯斯西储大学)

该团队将研究磁畴壁(磁性材料内部磁化方向一致的区域之间的边界)的运动，以及纳米晶软磁合金和其他可以改进计算机存储技术的外来材料中被称为“磁振子”的准粒子的激发。

体内神经功能的纠缠增强多光子荧光成像(西弗吉尼亚大学)

该团队将使用纠缠光子(光的量子态)来探索观察生物体神经元细胞内部的新方法，这可能会在神经系统生物过程成像方面产生更高的分辨率和效率。

改进大地测量学和重力学时间量子传感器信号传感(科罗拉多大学博尔德分校)

该团队将使用便携式、超精确的原子钟作为一种新方法，通过测量“引力红移”或由不同高度的地球引力场差异引起的时间流的微小变化，来确定地球上任何地方的海拔。

集成压缩光磁光传感器(加州大学圣巴巴拉分校)

该团队将制造光子芯片(带有固态激光器、光导和探测器的设备)，利用光的量子态进行超灵敏磁强计(磁场传感)，用于导航、太空探索和生物医学研究等应用。

四维纳米金刚石量子传感nal活细胞成像(德克萨斯大学达拉斯分校)

该团队将使用高纯度纳米级钻石进行某些类型的光谱学和显微镜研究活细胞内视频成像过程的新技术，包括癌症免疫疗法中抗感染抗体的作用。

金刚石量子传感器的纳米级协方差磁强计(普林斯顿大学)

该团队将利用金刚石晶体中被称为氮空位中心的微观缺陷的量子特性，测量石墨烯等材料中电流和磁性结构的量子尺度特性，并在材料科学中有潜在的应用。

增强量子传感的噪声工程(科罗拉多州立大学)

该团队将开发一种新技术来理解和表征材料中的磁性“噪声”，为新型化学传感器奠定基础。

光学原子钟的新量子算法(加州大学圣巴巴拉分校)。

该团队将开发新的量子算法和方法，以改进原子钟的集合，使其能够用于探测引力波或暗物质等现象。

量子原子相干性-based带电粒子传感器(William & Mary)

该团队将创造一种新型粒子探测器，通过观察对附近原子量子态的综合影响来探测离子(带电粒子)，从而揭示离子的接近度、电荷和速度。

设计分子组装中的光学超偏振量子传感器(加州大学伯克利分校)

该团队将把具有特定量子自旋特性的粒子注入金属有机框架(结合金属和有机分子的先进材料)中，以更好地检测化学物质。

生物分子分析的量子传感平台(芝加哥大学)

该团队将开发新的显微镜技术，利用金刚石中氮空位中心的量子特性，可以探测生物细胞内部的各种条件，如温度和氧气浓度。

用于计量、化学和天体物理学的量子传感器网络(哈佛大学)

该团队将探索如何使用分布式量子传感器网络，利用相干性和纠缠性进行各种应用，如磁场传感、遥感、成像和检测超低浓度的特定分子或蛋白质。

具有stro的量子传感ng没有非经典光三阶方程非线性(马里兰大学)

该团队将制造光子芯片设备，产生并使用“压缩”光的量子态，用于光电二极管量子效率校准和生物医学研究的分子光谱等应用。

移动中的传感智能:作物病害的量子增强光学诊断(北卡罗莱纳州立大学)

该团队将开发量子增强传感器，用于检测作物病害，如黄瓜上的霜霉病，使用具有纠缠态光的现场可部署光谱设备。

来源:美国国家科学基金会

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