利用量子光检测与追踪细菌

量子传感领域旨在借助量子光源与量子探测策略，改进对编码于物理系统中的经典参数的检测与估计。同样的方法可用于改进当前对生物系统所做的经典测量。此处我们考虑两种细菌（大肠杆菌与沙门氏菌）在 Luria Bertani 肉汤中生长、并由经典分光光度计监测的情形。它们的浓度可通过 Beer-Lambert-Bouguer 定律与光学透射率相关联，其生长曲线可用 Gompertz 函数描述。从实验数据点出发，我们外推两种细菌的生长曲线，并研究量子装置在理论上所能达到的性能。特别地，我们讨论了原则上如何以数量级更少的 photons 照射样品来追踪细菌生长，指出了量子光在生长早期阶段的明显优势。随后我们展示了量子资源在两项基本任务中的优势与局限：(i) 细菌生长的早期检测与 (ii) 两种细菌种类的早期区分。