日常生活中哪些设备运用了量子技术,其工作原理是什么?

当提及量子物理学和量子技术时,很多人听起来会觉得很陌生,但实际上,两者都是我们日常生活中的一部分。

从导航到LED灯,量子物理学推动了人们认为理所当然的许多技术。

人们使用的很多设备都使用了量子技术,而且这些设备中有许多是在量子物理知识成熟到足以更好地理解这些设备之前开发的。量子物理学虽然已发展了一百多年,但是到目前为止,科学家们依然在探索这一神秘领域。

下面,将详细的介绍一些在日常生活中人们常见的使用量子技术的产品。

1。LED

LED灯,也被称为发光二极管,几乎每个家庭都在使用,因为它们比其他灯泡更节能、更明亮。LED让人们的生活更加丰富多彩。从LED壁纸等有趣的设计到钟面,LED已融入人们的日常生活。

LED中的量子技术在电子释放光子时发挥作用,它们的量子态会降低。这使得LED整体上更加节能。

LED不仅用于家庭照明,还用于数据通信,例如用于听音系统。除此之外,LED还用于通过光纤电缆发送数据,甚至被用于检测生命。美国陆军研究实验室(ARL)正在利用紫外光谱中的LED来诱导不同的生物体的荧光,如藻类荧光试验。

LED还用于纹身,当LED与纹身墨水同时注入身体时,这些纹身就会亮起来。有几家医疗公司正在研究这些纹身的医疗应用,包括血糖检测仪,或协助其他监测。但美国食品和药物管理局(FDA)还尚未批准这些设备。

LED的未来看起来很有趣,一些公司正在开发可以检测和吸收光的LED,这些被称为“纳米棒”(Nanorods)”,然后通过使用量子传感器来观察和检测光。

2。激光

虽然激光在演讲厅中很常见,但激光还有许多其他应用。从军用武器,枪支瞄准器、到显微镜,激光无处不在。无论你是扫描杂货、在宠物的项圈上刻标签、玩激光游戏,还是用激光场(laserfield)抢劫银行金库,所有这些都涉及激光。

研究甚至表明,科学家可能会使用高功率激光来诱发降雨和闪电风暴。如果可能的话,这将有助于解决世界各地的干旱和洪水灾害。

3。全球定位系统

如果没有GPS,我们会在哪里?日常生活中采用量子技术最为广泛的设备之一,便是GPS,它使我们能够轻松高效地旅行。

GPS以原子钟(Atomicclocks)的形式使用量子技术。原子钟通过量子物理学的特性工作。使用铯或铷原子,这些时钟“滴答作响”,因为特定微波的振荡会驱动这些原子的两个量子态之间的跃迁。因此,原子钟非常精确。

根据《SmithsonianMagazine》报道,位于科罗拉多州博尔德市的美国国家标准与技术研究所(NIST)的原子钟每37亿年才会产生1秒钟的误差。

4。核磁共振

核磁共振(MagneticResonanceImaging,MRI)是一种众所周知的医生和其他专业人员进行人体成像的方法。MRI机器使用量子技术对软组织和身体其他部位进行成像,这些部位在X射线中可能无法很好地显示出来。

MRI机器通过使用氢原子工作,像所有原子一样,氢原子的原子核在自旋上具有特定的排列。MRI机器使用精心布置的磁场翻转这些氢原子的自旋。这些自旋翻转是氢原子量子态的一部分,可以在量子水平上改变这些原子之间的相互作用。使用这些翻转旋转,医生可以查看体内不同浓度的氢,看到X射线上看不到的东西。

虽然所有这些设备看起来都很普通,但如果没有量子物理学,它们就无法工作。了解量子物理学和量子技术在人们的日常生活中所扮演的角色,就知道它们的重要性。

随着量子技术领域的进步,其对流行文化的影响将持续增加。人们接下来还将在日常生活中使用哪些量子技术设备,且拭目以待。

引用:

[2]Jenner,Nicola。2014。“FivePracticalUsesfor‘Spooky’QuantumMechanics。”Smithsonian。Smithsonian.com。December2014。

[3]“LEDTattoo。”2021。Wikipedia。May17,2021。

[4]“Light-EmittingDiode。”2021。Wikipedia。July10,2021。

[5]Lin.Judy。“BiohackersIlluminateTattooswithLEDImplants。”Www.ledinside.com。November10,2015。

[6]Orzel,Chad。“ThreeWaysQuantumPhysicsAffectsYourDailyLife。”Forbes。December4,2018。

[7]Orzel,Chad。“WhatHasQuantumMechanicsEverDoneforUs?”Forbes。August13,2015。

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[9]WikipediaContributors。2019。“MagneticResonanceImaging。”Wikipedia。WikimediaFoundation。March15,2019。

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