作者:艾米丽·迪克曼，亚利桑那大学 信用:CC0公共领域 你手机的全球定位系统、家里的无线网络和飞机上的通信都是由射频波提供动力的，射频波将信息从一个地方的发射器传送到另一个地方的传感器
传感器以不同的方式解释这些信息
例如，全球定位系统传感器通过使用从卫星接收信号所需的时间来确定其位置
对于室内定位和挫败假冒全球定位系统信号等应用，无线传感器测量接收射频波的角度
传感器测量时间延迟或到达角度越精确，就越能准确确定位置或提高安全性
在《物理评论快报》上发表的一篇新论文中，亚利桑那大学工程和光学科学研究人员与通用动力任务系统公司的工程师合作，展示了射频光子学传感和量子计量学这两种技术的结合如何给传感器网络带来前所未闻的精度
这项工作包括将信息从电子转移到光子，然后使用量子纠缠来提高光子的传感能力
“这种量子传感模式可以为改进全球定位系统、天文实验室和生物医学成像能力创造机会，”大学量子信息与材料组首席研究员、材料科学与工程及光学科学助理教授张说
“它可以用来提高任何需要传感器网络的应用的性能
" 从电子到光子 传统的天线传感器将信息从射频信号转换成由运动电子组成的电流
然而，使用光子或光单位来携带信息的光学传感效率要高得多
光子不仅可以比电子容纳更多的数据，给信号更大的带宽，而且基于光子学的传感可以比基于电子学的传感传输信号更远，干扰更少
因为光信号提供了如此多的优势，研究人员使用电光转换器将射频波转换成光域，这种方法被称为射频光子学传感
“我们在一个完全不同的领域设计了一个光学系统和物理量之间的桥梁，”张解释说
“我们在这个实验中用射频域证明了这一点，但是这个想法也可以应用于其他场景
例如，如果你想用光子测量温度，你可以用热光传感器把温度转换成光学性质
" 研究者实验的图解描述
学分:亚利桑那大学工程学院 纠缠传感器 在将信息转换到光学领域后，研究人员应用了一种叫做量子计量学的技术
通常，传感器的精度受到所谓的标准量子极限的限制
例如，智能手机的全球定位系统通常在16英尺的半径内是准确的
量子计量学利用纠缠粒子突破标准量子极限，进行超灵敏测量
它是如何工作的？纠缠在一起的粒子被绑在一起，所以只要进行了适当的测量，一个粒子发生的任何事情都会影响与之纠缠的粒子
想象一个主管和一个员工在一个项目上一起工作
由于员工通过电子邮件和会议等方式与主管分享信息需要时间，因此他们的合作效率有限
但是，如果两个人的大脑能够纠缠在一起，员工和主管就会自动拥有相同的信息——节省时间，让他们能够更有效地共同解决一个共同的问题
在激光干涉仪引力波观测站或LIGO等地，量子计量学已经被用来提高传感器的精度，这为天文学家打开了一扇新的窗户
然而，几乎所有以前的量子计量演示，包括LIGO，都只涉及一个传感器
连接传感器网络 射频波通常由传感器网络接收，每个传感器单独处理信息——更像是一群独立的员工和他们的主管一起工作
电气与计算机工程助理教授庄群涛此前展示了一个理论框架，通过组合纠缠传感器来提高性能
这个新实验首次证明了由三个传感器组成的网络可以相互纠缠，这意味着它们都可以从探针接收信息，并同时将信息相互关联
这更像是一群员工可以立即与他们的老板分享信息，而老板可以立即相互分享这些信息，使他们的工作流程变得超级高效
“通常，在一个复杂的系统中——例如，无线通信网络甚至我们的手机——不仅仅只有一个传感器，而是一组传感器协同工作来完成一项任务，”张说
“我们已经开发出一种技术，可以将这些传感器缠绕在一起，而不是让它们单独工作
它们可以在感测期间利用它们的纠缠相互“交谈”，这可以显著提高感测性能
" 虽然该实验仅使用了三个传感器，但它开启了将该技术应用于数百个传感器网络的可能性之门
“想象一下，例如，一个生物传感网络:你可以将这些生物传感器缠绕在一起，使它们一起工作来识别生物分子的种类，或者比传统的传感器阵列更精确地检测神经活动，”张说
“实际上，这项技术可以应用于任何需要传感器阵列或网络的应用
" 一个潜在的应用是建立在亚利桑那大学校园的纠缠光子网络
在2019年发表于《物理评论X》的理论著作中，庄介绍了机器学习技术如何在像这样的大规模纠缠传感器网络中训练传感器进行超精密测量
庄说:“缠结使传感器能够更精确地从被检测的参数中提取特征，从而在诸如传感器数据分类和主成分分析等机器学习任务中获得更好的性能。”
“我们之前的工作提供了一个纠缠增强的机器学习系统的理论设计，该系统优于经典系统
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
