纠缠原子增强断层扫描技术 – 物理世界

研究人员在 哥本哈根大学 丹麦的科学家们找到了一种方法，可以将磁感应断层扫描这一常规传感技术的灵敏度提高到超出标准量子极限。 改进的方法可以在生物和医学传感中得到应用。

在磁感应断层扫描中，载流线圈产生的磁场会在被分析的样品中产生微小的涡流。 这些电流反过来会改变磁场，这是使用原子磁力计的集体自旋（或磁化强度）来检测的。 检测到的场的特性产生有关样品的电导率和磁导率的信息。

该技术用于地球物理勘测、金属物体的非破坏性测试以及医学成像。 但其灵敏度受到所谓的量子极限或传感器集体自旋的量子涨落（不确定性）的限制。

“事实上，量子力学和不确定性原理决定了自旋方向不能以任意精度确定，”解释道 尤金·波尔兹克，谁领导了这项新研究。 “粗略地说，在包含 N 原子自旋，集体自旋的方向无法以优于 1/√ 的角度确定性来确定N，这就是我们所说的标准量子极限（SQL）。”

减少不确定性

Polzik 及其同事表明，可以通过使用原子磁力计来减少这种不确定性，该原子磁力计包含自旋纠缠以产生所谓的自旋压缩状态的原子。 该状态的其中一个投影的角度不确定性低于 SQL。 研究人员安排了磁感应断层扫描协议，使有用信号精确地包含在投影中，并降低了不确定性。 这种方法的 SQL 灵敏度几乎是传统原子磁力计的两倍。

“传统的磁感应断层扫描技术使用线圈来检测信号，”Polzik 解释道。 “此类线圈具有固有的热噪声以及拾取的环境噪声，这限制了灵敏度。 我们使用了由自旋组成的原子传感器，其噪声仅受内在量子涨落的限制。 与传统方法相比，这使我们能够大幅提高灵敏度。”

原子磁力计测量心脏电导率

研究人员表示，他们现在计划将他们的方法用于生物和医学传感，特别是希望进一步开发它用于内部器官成像，包括心脏甚至大脑。

“我们还计划继续研究这种量子增强磁感应断层扫描，目标是进一步提高其灵敏度和空间分辨率，”Polzik 说道。 物理世界.

该研究的详细信息 “物理评论快报”.

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/entangled-atoms-enhance-tomography-technique/