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芝加哥大学普利兹克分子工程学院教授Peter Maurer及其同事正在使用纳米级传感器直接从细胞中传递关键信息。（John Zich摄）

Maurer的纳米传感器由钻石制成并由量子物理学提供动力，将能够测量活细胞内的磁场和电场、时间、温度和压力。虽然他的研究仍处于早期阶段，但它在医学及其他领域具有深远的潜力。

“量子传感器可以对当前技术无法访问的生物过程进行测量，或者在疾病临床表现之前对其进行检测。这项技术具有扩展生物物理学和分子生物学研究的潜力，”Maurer表示，“这将帮助我们了解用传统方法无法看到的过程。然后，当它被应用于临床环境时，你将看到新的、非常有效的疾病筛查过程——对我们目前无法检测的疾病进行检测。”

了解事物

Maurer解释说，要理解这项工作，了解一点量子力学会有所帮助。

“据我们所知，量子力学是一个伟大的理论，它几乎可以解释我们所知的整个世界，”Maurer表示，“它解释了原子是如何聚集在一起的，以及是什么驱动了化学反应，这可以解释生物学和细胞如何工作。从某种意义上说，量子力学是我们现今世界上所拥有的最基本的理论。”

量子力学还包含一些最违反直觉的科学原理，如叠加和量子隧穿。多年来，像Maurer这样的工程师已经找到了将这些原则应用于行业变革技术开发的方法。

像Uri Zvi（左）和Stella Wang（中）这样的研究生是Maurer实验室研究过程中不可或缺的一部分，他们经常推动项目从早期计划到实验。（John Zich摄）

原子钟被认为是量子传感的早期形式，其可以在150亿年内将时间精确控制在100毫秒以内。自创建以来，它们已经成为GPS和现代卫星通信等多项复杂技术的支柱。就像原子钟改变了时间测量一样，像Maurer这样的工程师希望改变许多其他现象的测量。

未经雕琢的钻石

Maurer自博士后以来一直从事的一项研究是关于细胞中的温度。量子系统对温度变化极为敏感。例如，量子计算机需要以接近绝对零的温度存储才能运行，需要一个人大小的冰箱。这种敏感性是量子计算的一个障碍，但应用于传感时，它可以提供非常详细的信息。

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