當提及量子物理學和量子技術時，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>

從導航到LED燈，量子物理學推動了人們認為理所當然的許多技術。

人們使用的很多設備都使用了量子技術，而且這些設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備之前開發(fā)的。量子物理學雖然已發(fā)展了一百多年，但是到目前為止，科學家們依然在探索這一神秘領域。 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，因為它們比其他燈泡更節(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體，即在銅線等良導體和玻璃等絕緣體之間導電的材料。 這些半導體設計有孔，當電子通過電流穿過電子空穴時，它們會通過光子或光粒子釋放能量。這種光的顏色由半導體內(nèi)孔的大小決定，只有部分 LED 使用了量子技術。

LED 中的量子技術在電子釋放光子時發(fā)揮作用，它們的量子態(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。美國陸軍研究實驗室（ARL）正在利用紫外光譜中的LED來誘導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)療應用，包括血糖檢測儀，或協(xié)助其他監(jiān)測。但美國食品和藥物管理局（FDA）還尚未批準這些設備。

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)隨著它們發(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，科學家可能會使用高功率激光來誘發(fā)降雨和閃電風暴。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最為廣泛的設備之一，便是GPS，它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。原子鐘通過量子物理學的特性工作。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美國國家標準與技術研究所 (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。

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

隨著量子技術領域的進步，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設備，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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