當提及量子物理學(xué)和量子技術(shù)時，很多人聽起來會覺得很陌生，但實際上，兩者都是我們?nèi)粘Ｉ钪械囊徊糠帧?/span>

從導(dǎo)航到LED燈，量子物理學(xué)推動了人們認為理所當然的許多技術(shù)。

人們使用的很多設(shè)備都使用了量子技術(shù)，而且這些設(shè)備中有許多是在量子物理知識成熟到足以更好地理解這些設(shè)備之前開發(fā)的。量子物理學(xué)雖然已發(fā)展了一百多年，但是到目前為止，科學(xué)家們依然在探索這一神秘領(lǐng)域。 下面，將詳細的介紹一些在日常生活中人們常見的使用量子技術(shù)的產(chǎn)品。

1. LED

LED燈，也被稱為發(fā)光二極管，幾乎每個家庭都在使用，因為她們比其他燈泡更節(jié)能、更明亮。LED 讓人們的生活更加豐富多彩。從 LED 壁紙等有趣的設(shè)計到鐘面，LED 已融入人們的日常生活。

LED 的工作原理是使用半導(dǎo)體，即在銅線等良導(dǎo)體和玻璃等絕緣體之間導(dǎo)電的材料。 這些半導(dǎo)體設(shè)計有孔，當電子通過電流穿過電子空穴時，她們會通過光子或光粒子釋放能量。這種光的顏色由半導(dǎo)體內(nèi)孔的大小決定，只有部分 LED 使用了量子技術(shù)。

LED 中的量子技術(shù)在電子釋放光子時發(fā)揮作用，她們的量子態(tài)會降低。這使得 LED 整體上更加節(jié)能。

圖1 | LED（來源：bioselettronica）

LED 不僅用于家庭照明，還用于數(shù)據(jù)通信，例如用于聽音系統(tǒng)。除此之外，LED 還用于通過光纖電纜發(fā)送數(shù)據(jù)，甚至被用于檢測生命。外國陸軍研究實驗室（ARL）正在利用紫外光譜中的LED來誘導(dǎo)不同的生物體的熒光，如藻類熒光試驗。

LED還用于紋身，當 LED與紋身墨水同時注入身體時，這些紋身就會亮起來。有幾家醫(yī)療公司正在研究這些紋身的醫(yī)療應(yīng)用，包括血糖檢測儀，或協(xié)助其他監(jiān)測。但外國食品和藥物管理局（FDA）還尚未批準這些設(shè)備。

LED 的未來看起來很有趣，一些公司正在開發(fā)可以檢測和吸收光的 LED，這些被稱為“納米棒”（Nanorods）”，然后通過使用量子傳感器來觀察和檢測光。 未來，時間會證明 LED 技術(shù)到底能有多先進。

2. 激光

與 LED 一樣，激光（Lasers）也利用了量子物理學(xué)的特性。根據(jù)福布斯雜志的一篇文章，當具有高能級的原子與具有精確波長的光子相互作用時，激光就會工作，然后使原子發(fā)射與第一個光子完全相同的第二個光子。在這里，原子的量子態(tài)隨著她們發(fā)射光子而降低。如此循環(huán)，便會產(chǎn)生激光。

圖2 | 激光（來源：Autodesk）

雖然激光在演講廳中很常見，但激光還有許多其他應(yīng)用。從軍用武器，槍支瞄準器、到顯微鏡，激光無處不在。無論你是掃描雜貨、在寵物的項圈上刻標簽、玩激光游戲，還是用激光場（laser field）搶劫銀行金庫，所有這些都涉及激光。

研究甚至表明，科學(xué)家可能會使用高功率激光來誘發(fā)降雨和閃電風(fēng)暴。如果可能的話，這將有助于解決世界各地的干旱和洪水災(zāi)害。

3. 全球定位系統(tǒng)

如果沒有GPS，我們會在哪里？日常生活中采用量子技術(shù)最為廣泛的設(shè)備之一，便是GPS，她使我們能夠輕松高效地旅行。

GPS 以原子鐘（Atomic clocks）的形式使用量子技術(shù)。原子鐘通過量子物理學(xué)的特性工作。使用銫或銣原子，這些時鐘“滴答作響”，因為特定微波的振蕩會驅(qū)動這些原子的兩個量子態(tài)之間的躍遷。因此，原子鐘非常精確。

圖3 | GPS（來源：geosystems）

根據(jù)《Smithsonian Magazine》報道，位于科羅拉多州博爾德市的外國國家標準與技術(shù)研究所 (NIST) 的原子鐘每 37 億年才會產(chǎn)生1秒鐘的誤差。

GPS 的工作原理是使用來自多個原子鐘的信號，查看來自不同衛(wèi)星的不同到達時間，然后從原子鐘和衛(wèi)星獲取數(shù)據(jù)以確定你的距離和目的地有多遠。每次你需要導(dǎo)航時，GPS 都會使用光速將原子鐘給出的時間轉(zhuǎn)換為距離，從而為人們提供精確的導(dǎo)航。

4. 核磁共振

核磁共振（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是一種眾所周知的醫(yī)生和其他專業(yè)人員進行人體成像的方法。MRI 機器使用量子技術(shù)對軟組織和身體其他部位進行成像，這些部位在 X 射線中可能無法很好地顯示出來。

圖4 | 核磁共振（來源：livescience）

MRI 機器通過使用氫原子工作，像所有原子一樣，氫原子的原子核在自旋上具有特定的排列。MRI 機器使用精心布置的磁場翻轉(zhuǎn)這些氫原子的自旋。這些自旋翻轉(zhuǎn)是氫原子量子態(tài)的一部分，可以在量子水平上改變這些原子之間的相互作用。使用這些翻轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)，醫(yī)生可以查看體內(nèi)不同濃度的氫，看到 X 射線上看不到的東西。

雖然所有這些設(shè)備看起來都很普通，但如果沒有量子物理學(xué)，她們就無法工作。了解量子物理學(xué)和量子技術(shù)在人們的日常生活中所扮演的角色，就知道她們的重要性。

隨著量子技術(shù)領(lǐng)域的進步，其對流行文化的影響將持續(xù)增加。人們接下來還將在日常生活中使用哪些量子技術(shù)設(shè)備，且拭目以待。

引用：
[1]Choudhury, Ambika. 2019. “8 Ways You Didn’t Know Quantum Technology Is Used in Everyday Lives.” Analytics India Magazine. July 10, 2019.
[2]Jenner, Nicola. 2014. “Five Practical Uses for ‘Spooky’ Quantum Mechanics.” Smithsonian. Smithsonian.com. December 2014.
[3]“LED Tattoo.” 2021. Wikipedia. May 17, 2021.
[4]“Light-Emitting Diode.” 2021. Wikipedia. July 10, 2021.
[5]Lin.Judy. “Biohackers Illuminate Tattoos with LED Implants.” Www.ledinside.com. November 10, 2015.
[6]Orzel, Chad. “Three Ways Quantum Physics Affects Your Daily Life.” Forbes. December 4, 2018.
[7]Orzel, Chad. “What Has Quantum Mechanics Ever Done for Us?” Forbes. August 13, 2015.
[8]Wikipedia Contributors. 2019. “List of Laser Applications.” Wikipedia. Wikimedia Foundation. September 27, 2019.
[9]Wikipedia Contributors. 2019. “Magnetic Resonance Imaging.” Wikipedia. Wikimedia Foundation. March 15, 2019.
[10]https://thequantumdaily.com/2021/08/20/a-few-quantum-devices-we-take-for-granted/

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