探測(cè)靈敏度較經(jīng)典技術(shù)提高10萬倍！商用量子傳感器——量子自旋磁力儀SpinMag-I

2023世界制造業(yè)大會(huì)期間，國(guó)儀量子推出了自主研制的“量子自旋磁力儀（SpinMag-I）”，這是一款能耗低、易于攜帶，磁場(chǎng)靈敏度極高的商用量子傳感器，可用于心磁、腦磁、地磁等弱磁場(chǎng)的精密測(cè)量，探測(cè)靈敏度較經(jīng)典技術(shù)（霍爾效應(yīng)傳感器）提高10萬倍，有望在生物醫(yī)學(xué)、工業(yè)檢測(cè)、地球物理等領(lǐng)域孕育新的變革。

2023世界制造業(yè)大會(huì)開幕式

量子自旋磁力儀（SpinMag-I）

量子自旋磁力儀（SpinMag-Ⅰ）

量子自旋磁力儀（SpinMag-I）利用堿金屬原子（Rb-87）外層電子自旋性質(zhì)，以泵浦激光作為操控手段，使堿金屬原子產(chǎn)生自旋極化。在外界弱磁場(chǎng)的作用下，堿金屬原子發(fā)生拉莫爾進(jìn)動(dòng)，改變對(duì)檢測(cè)激光的吸收，從而實(shí)現(xiàn)高靈敏度的磁場(chǎng)測(cè)量。量子自旋磁力儀具有靈敏度高、體積小、能耗低、易于攜帶的特點(diǎn)，未來將引領(lǐng)人類在科學(xué)研究、生物醫(yī)學(xué)等磁傳感領(lǐng)域進(jìn)入量子時(shí)代。

面向極弱磁測(cè)量，助力心磁、腦磁成像研究

SpinMag-I的探測(cè)靈敏度小于15fT/√Hz。高靈敏度優(yōu)勢(shì)帶來了獨(dú)特的應(yīng)用，目前最為突出的應(yīng)用是生物磁成像（腦磁和心磁）。

腦磁研究設(shè)備。圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

腦磁是由于腦細(xì)胞群體自發(fā)或誘發(fā)的活動(dòng)，產(chǎn)生復(fù)雜的生物電流引起的，該信號(hào)可通過SpinMag-I捕獲，按一定的數(shù)學(xué)模型重建形成數(shù)學(xué)圖像，從而獲得者腦磁圖像。腦磁成像可以用于癲癇、帕金森、老年癡呆等功能性疾病的篩查，相較于當(dāng)前基于超導(dǎo)量子干涉儀技術(shù)（SQUID）的腦磁圖儀，具有更低的成本。同時(shí)，量子自旋磁力儀也為類腦計(jì)算、腦機(jī)接口等腦科學(xué)前沿研究提供了更多的技術(shù)手段。

SpinMag-I也可用于心磁測(cè)量，對(duì)心肌缺血等心血管疾病進(jìn)行功能性診斷及研究，基于該方法的心磁檢測(cè)具有無創(chuàng)、無輻射的優(yōu)點(diǎn)，相較于當(dāng)前的超聲、CT、核磁方法更具安全性。

產(chǎn)品特點(diǎn)

小型化

SpinMag-I的探頭尺寸約為30×16×12 mm3，并持續(xù)向小型化方向發(fā)展。這是由于小型化的探頭可以更容易地集成到移動(dòng)設(shè)備、便攜式儀器或醫(yī)療設(shè)備中；同時(shí)，小型化通常伴隨著功耗的降低，這有助于提高設(shè)備能效，滿足SpinMag-I長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的需求。

多方向測(cè)量

SpinMag-I支持單軸（Y軸或Z軸）及雙軸測(cè)量（Y&Z軸）兩種模式。在不增加探頭數(shù)量的情況下，測(cè)量Y&Z方向的分量可以最大限度地獲取磁場(chǎng)信息。

SpinMag-Ⅰ探頭

多通道、易集成

SpinMag-I具有多通道、易集成的優(yōu)勢(shì)。SpinMag-I具有單通道/主機(jī)和多通道/主機(jī)形式，目前最多支持拓展至256通道。通過在多個(gè)通道上分布傳感單元，能夠?qū)崿F(xiàn)空間中局部區(qū)域磁場(chǎng)測(cè)量。例如，在腦磁探測(cè)時(shí)，通過將陣列式傳感器排布覆蓋患者整個(gè)頭部，可實(shí)現(xiàn)自然運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下“穿戴式”測(cè)量。相比于單通道，多通道可以同時(shí)采集頭部多個(gè)位置的磁信號(hào)，有助于疾病溯源和病情分析。

智能化控制軟件

SpinMag-I控制軟件可同時(shí)連接多個(gè)探頭傳感器，實(shí)現(xiàn)多探頭同時(shí)測(cè)量，主要功能包括：一鍵啟動(dòng)（Auto start）、時(shí)域信號(hào)測(cè)量、頻域信號(hào)測(cè)量等。

SpinMag-I控制軟件界面