양자 센서, 의학, 기술, 공학 분야에 혁명 일으킬 것 VIDEO: A Quantum of Sensing—Atomic Scale Bolsters New Sensor Boom
생각의 자기장을 감지하고, 달 탐사선이 달 바위에 있는 산소를 감지하거나, 암흑 물질에서 나오는 전파를 들을 수 있는 센서를 상상해보라. 양자 컴퓨터가 이론적으로 어떤 고전 컴퓨터도 해결할 수 없는 문제에 대한 해답을 찾을 수 있는 것처럼, 새로운 세대의 양자 센서 역시 새로운 수준의 민감성, 새로운 종류의 응용, 그리고 다양한 분야, 기술, 그리고 과학적 추구를 발전시킬 수 있는 새로운 기회로 이어질 수 있다.
양자 기술은 우주가 그것의 가장 작은 수준에서 퍼지는 장소가 될 수 있기 때문에 발생할 수 있는 양자 효과에 의존한다. 예를 들어, 중첩으로 알려진 양자 효과는 원자와 우주의 다른 구성 요소들이 두 개 이상의 장소에 동시에 존재할 수 있게 하는 반면, 얽힘으로 알려진 또 다른 양자 효과는 입자들을 연결시켜 그것들이 얼마나 멀리 떨어져 있든지 상관없이 즉각적으로 서로에게 영향을 미칠 수 있게 한다.
이러한 양자 효과는 외부 간섭에 취약하다. 그러나 양자 컴퓨터가 이러한 약점을 극복하기 위해 노력하는 반면, 양자 센서는 이 취약성을 이용하여 환경의 사소한 장애에도 특별한 민감도를 달성한다. 아래는 오늘날 개발 및 배포되고 있는 다양한 종류의 양자 센서의 작은 사례다.
뇌 스캔:
뇌 안의 전류는 센서가 뇌 활동을 비침습적으로 스캔하기 위해 분석할 수 있는 자기장을 생성한다. 이제 양자 센서는 착용할 수 있는 헬멧이 전례 없는 성능과 비용으로 그러한 자기 뇌 촬영(MEG) 스캔을 수행할 수 있게 하고 있다.
현재 MEG 스캔은 초전도 양자 간섭 소자(SQUID)로 알려진 센서로 수행됩니다. 이것은 고가의 액체 헬륨으로 -269 °C까지 냉각해야 하기 때문에 스캐너를 매우 크게 만든다. 이와는 대조적으로, 영국 노팅엄에 있는 스타트업 Cerca Magnetics의 새로운 장치들은 각각 레고 벽돌 크기 정도다.
광학적으로 펌핑된 자력계(OPM)라고 불리는 각 장치는 광검출기에서 루비듐 원자 구름을 통해 빛을 내는 레이저를 포함한다. 이 빔은 루비듐 원자의 자기장을 모두 일렬로 정렬시켜 구름을 기본적으로 투명하게 만들 수 있다. 뇌 활동에서 나오는 작은 자기장은 이 원자들을 교란시킬 수 있고, 빛 감지기가 감지할 수 있는 빛을 흡수할 수 있게 하고, 레이저가 구름을 재설정하여 자기 교란에 계속 반응할 수 있게 한다.
이 양자 센서는 실온에서 작동하기 때문에 오징어보다 부피가 훨씬 덜하다. 이것은 그들이 사람의 머리에 훨씬 더 가까이 위치할 수 있다는 것을 의미하며, 밀리미터의 정확성과 뇌 표면적의 밀리초 분해능을 가진 자기 이미지에 대해 최소 2배, 이론적으로는 최대 5배 더 좋은 신호를 얻을 수 있다고 노팅엄 대학의 회장인 매튜 브룩스는 말한다.
황기철 콘페이퍼 에디터 인플루언서
Ki Chul Hwang Conpaper editor influencer
(Source:
https://spectrum.ieee.org/quantum-sensors)
Quantum Sensors: Interview with Prof. Dr. Dr. Oliver Ambacher
