與傳統(tǒng)傳感器相比，量子傳感器利用量子現(xiàn)象來(lái)顯著提高靈敏度，開(kāi)設(shè)了許多新的電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用(EV)，受GPS否決的導(dǎo)航，醫(yī)學(xué)成像和通信。行業(yè)觀察者將其稱(chēng)為第二次量子革命。

他們認(rèn)為，雖然量子計(jì)算旨在利用量子力學(xué)來(lái)應(yīng)對(duì)計(jì)算挑戰(zhàn)，但量子力學(xué)還提供了徹底改變傳感行業(yè)的潛力。芬蘭VTT技術(shù)研究中心的微電子和量子技術(shù)負(fù)責(zé)人Pekka Ikonen說(shuō)：“現(xiàn)在是量子傳感器的時(shí)間?！?

他補(bǔ)充說(shuō)：“量子傳感器在原子和亞原子顆粒的尺度上利用量子機(jī)械現(xiàn)象?！?“它們可以通過(guò)利用原子的基本特性來(lái)檢測(cè)環(huán)境的相對(duì)變化來(lái)提供更大的測(cè)量精度?！?

換句話說(shuō)，由于量子狀態(tài)的敏感性，傳感器甚至可以檢測(cè)到絲毫變化，從而使測(cè)量精度無(wú)法預(yù)料。更具體地說(shuō)，相對(duì)于其傳統(tǒng)對(duì)應(yīng)物的較高靈敏度意味著量子傳感器可以促進(jìn)對(duì)各種物理特性(例如電流，電場(chǎng)和磁場(chǎng)，光，線性和角度加速度，時(shí)間等)的高度敏感測(cè)量。

量子傳感器是利用量子力學(xué)效應(yīng)(如量子疊加、量子糾纏和量子隧穿)來(lái)探測(cè)和測(cè)量物理量的傳感器。它們通過(guò)操控和觀測(cè)微觀粒子的量子態(tài)(如自旋、能級(jí)、相位等)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外界信號(hào)的極度精確測(cè)量。相比傳統(tǒng)傳感器，量子傳感器具有更高的精度、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和環(huán)境效應(yīng)的魯棒性。例如，量子磁力計(jì)的靈敏度可以高出傳統(tǒng)磁力計(jì)數(shù)十倍，甚至可以探測(cè)到單個(gè)原子或分子產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化。

量子傳感器應(yīng)用

普遍的看法是，量子技術(shù)的潛力是一個(gè)遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想。但是，今天正在部署量子傳感器。 IDTechex的新報(bào)告“量子傳感器市場(chǎng)2025-2045：技術(shù)，趨勢(shì)，參與者，預(yù)測(cè)”提到了一些有希望的新用例。

以數(shù)百萬(wàn)的芯片尺度隧道磁力磁力(TMR)傳感器為例，這些傳感器已經(jīng)在汽車(chē)領(lǐng)域出售，用于遠(yuǎn)程電流傳感。接下來(lái)，帶有光學(xué)泵送磁力計(jì)(OPM)的生物磁性成像雖然在更早的開(kāi)發(fā)階段，但正在顯示出有希望的潛力，而諸如CERCA Magnetics之類(lèi)的新貴已經(jīng)向研究中心出售了早期產(chǎn)品和原型。

然后，有多年來(lái)用于研究和國(guó)際時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)多年的基準(zhǔn)大小的原子鐘。在醫(yī)療保健中，量子傳感器可以對(duì)心臟的自然磁場(chǎng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)量，同時(shí)提供的數(shù)據(jù)比當(dāng)今的心電圖(ECG)設(shè)備要多得多。此外，雖然ECG機(jī)器通過(guò)電極直接應(yīng)用于皮膚，但量子傳感器可以將其摻入諸如服裝或床墊之類(lèi)的東西中。

量子傳感器的卓越靈敏度可能會(huì)吸引更多的應(yīng)用。例如，雖然GPS容易受到干擾，但量子傳感器會(huì)抗外部影響，因?yàn)樗鼈儨y(cè)量了地球不變的磁場(chǎng)。因此，他們可以在空中，道路和水下提供超專(zhuān)有的航行。

設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

量子計(jì)算現(xiàn)在是眾人矚目的焦點(diǎn)，而談?wù)摿孔觽鞲衅骷捌湓O(shè)計(jì)面料的討論不多。然而，量子傳感器不可避免地面臨著諸如計(jì)算對(duì)應(yīng)方的實(shí)質(zhì)性設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

隨著量子技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的逐漸降低，量子傳感器將進(jìn)一步提高其測(cè)量精度，并擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。未來(lái)，量子傳感器有望在消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品中得到更廣泛的應(yīng)用，如智能手機(jī)中的高精度傳感器。同時(shí)，隨著抗噪聲技術(shù)的不斷發(fā)展，未來(lái)的量子傳感器將具備更強(qiáng)的抗干擾能力，使其在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中仍能維持極高的靈敏度和精度。

綜上所述，量子傳感器正處于商業(yè)實(shí)現(xiàn)的邊緣，其高精度、高靈敏度的特點(diǎn)使其在多個(gè)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，要實(shí)現(xiàn)量子傳感器的全面商業(yè)化，還需要克服技術(shù)難度、環(huán)境干擾和成本問(wèn)題等方面的挑戰(zhàn)。