加州大学圣巴巴拉分校的量子科学家将进行国家科学基金会资助的研究
在原子和亚原子尺度上，存在的行为具有巨大的潜力，可以通过改进现有技术并潜在地催生新技术，来增强我们看待世界和与世界互动的方式。量子传感领域的主要优势是其极高的灵敏度和准确性，能够捕获最微弱的信号并以最小的尺度进行测量。
现在，加州大学圣巴巴拉分校的几位研究人员准备将他们在量子科学方面的专业知识作为国家科学基金会 (NSF) 计划“量子传感挑战量子系统变革进展”(QuSeC-TAQS) 的一部分。他们加入了由各地大学的 18 个研究团队组成的队伍，并得到了 NSF 2900 万美元的投资，探索如何利用自然界无穷小的、有时违反直觉的量子尺度特性，为人类创造机会。
每个团队将在四年内获得 100 万至 200 万美元的资金，用于开展广泛的探索性研究活动。潜在的影响是多种多样的，从感知引力波在太空中涟漪的能力，到见证活细胞内部功能的手段。
NSF 主任 Sethuraman Panchanathan 表示：“几十年来，量子尺度的科学探索对我们的宇宙如何运作产生了令人惊讶的发现，并为量子技术带来了诱人的可能性。” “我们现在正在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结合起来，这些应用可以对我们的生活、经济繁荣和国家竞争力产生积极影响。”
量子增强光学磁力计：Galan Moody 和 Paolo Pintus
顾名思义，磁力计测量磁场，并在此过程中提供有关与该磁场相关的目标的重要信息。指南针是一种简单的此类设备，可显示相对于地球磁场的方向信息。科学家们继续在从考古学到太空探索等越来越多的应用中利用该技术的强大力量。
电气和计算机工程教授 Galan Moody 和科学家 Paolo Pintus 的目标是将量子传感的高精度引入磁力测量中，并将其全部构建到芯片上。想想 LIGO，这款激光干涉仪在 2015 年探测到了源自 13 亿光年之外的引力波所产生的最轻微的波动。该团队将在半导体芯片上建立一个类似的干涉仪实验，该实验可以检测磁场中最轻微的变化，而不是引力波。
“我们没有公里级探测器，而是毫米级探测器，”专门研究集成光学的平图斯说。他们提出的光子集成磁光干涉仪的灵敏度将是前所未有的——比标准量子极限提高了 10 倍——内置于紧凑、节能的设备中，可用于检测微小磁场，并应用于导航、地球科学和生物医学以及太空探索。
这种新颖的低 SWaP(尺寸、重量和功耗)设备的关键是量子光的使用。“我们可以在数十年的研究和开发的基础上制造不需要任何其他笨重仪器的磁光传感器，使它们变得紧凑和便携，”穆迪说，他的专业知识是量子光子学。“通常，这些传感器由激光供电，但它们的灵敏度有限。相反，通过使用压缩光——一种比激光噪音更小的特殊量子光源——我们可以超越这个限制。”
使用压缩光可以非常精确地测量光波相对于目标的相位，同时还可以减少容易掩盖高精度测量的噪声。
作为该项目的一部分，该团队打算与意大利卡利亚里大学的合作伙伴和麻省理工学院 (MIT) 的卡罗琳·罗斯教授合作，聘请一名博士后研究员来协助研究和教育。他们还将与 NASA、Luna Innovations 和 Raytheon 的同事合作。
“我们还希望将量子科学知识传播给更广泛的受众，”平图斯评论道，“用于加州大学圣巴巴拉分校和麻省理工学院项目中的外展和教学课程。” 在麻省理工学院，罗斯领导的研究团队将专注于开发能够实现所需灵敏度和低功耗品质的材料，而穆迪和平图斯将分别致力于嵌入压缩光和使用该材料制造实际芯片。
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