作為一個(gè)廣泛的保護(hù)傘，量子傳感操縱物質(zhì)和能量的量子特性來測(cè)量敏感維度。在本文中，我們將討論量子傳感技術(shù)的類型、它們對(duì)制造的影響以及該領(lǐng)域的發(fā)展方向。不管你信不信，量子傳感是一個(gè)已經(jīng)存在 50 多年的技術(shù)領(lǐng)域。量子傳感如今已廣泛應(yīng)用于激光雷達(dá)、磁共振成像 (MRI) 和光伏電池等激光器中。

盡管社會(huì)已經(jīng)享受到這些技術(shù)的好處，但它們的知名度卻不如人們廣泛討論的量子計(jì)算和量子通信。經(jīng)常提到的“量子優(yōu)勢(shì)”指的是量子計(jì)算機(jī)能夠在極短的時(shí)間內(nèi)解決問題，使以前不切實(shí)際的復(fù)雜問題變得可行。量子通信通常在網(wǎng)絡(luò)安全的背景下討論。這兩個(gè)領(lǐng)域都在迅速發(fā)展，但距離普及還需要幾年的時(shí)間。

量子傳感器利用了使量子計(jì)算和通信成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)的相同特性：對(duì)外部干擾的敏感性。將這一點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)槲覀兊膬?yōu)勢(shì)，使我們能夠以更高的精度和容量測(cè)量非常微小和微妙的現(xiàn)象。

量子傳感的主要方法是光子和固態(tài)系統(tǒng)。光子學(xué)以多種方式處理光的操縱，而固態(tài)系統(tǒng)處理處于已知量子態(tài)的傳感器，該傳感器會(huì)隨著與刺激（您想要測(cè)量的東西）的相互作用而變化。在這些方法中，量子傳感技術(shù)可以分為五個(gè)不同的類別，并且具有互補(bǔ)的優(yōu)勢(shì)。

（1）量子成像--可利用量子激光雷達(dá)和/或雷達(dá)探測(cè)移動(dòng)或隱藏的物體，最著名的應(yīng)用領(lǐng)域是國防。

（2）量子電磁傳感器--這些傳感器利用氮空位中心、原子蒸氣和超導(dǎo)電路測(cè)量動(dòng)態(tài)電磁場(chǎng)。它們也用于國防應(yīng)用，但也用于醫(yī)療保健，如核磁共振成像。

（3）重力儀和梯度儀--它們分別測(cè)量重力場(chǎng)的強(qiáng)度和變化。目前的應(yīng)用包括地下的地球物理現(xiàn)象，主要用于能源部門尋找儲(chǔ)層。

（4）溫度計(jì)和氣壓計(jì)（分別測(cè)量--你猜對(duì)了--溫度和大氣壓力）--這些專業(yè)工具比通常使用的工具靈敏得多，通過使用冷原子云和超導(dǎo)量子界面器件，在潛艇或飛機(jī)等關(guān)鍵應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)更高的精確度。

（5）與量子計(jì)算或通信或兩者相結(jié)合的特定傳感應(yīng)用。隨著量子計(jì)算和通信技術(shù)的成熟，這些應(yīng)用還需要進(jìn)一步開發(fā)。

最初，量子傳感技術(shù)被應(yīng)用于我們今天常見的產(chǎn)品中，如數(shù)碼相機(jī)。實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的下一代量子傳感技術(shù)將在許多方面為制造商帶來益處：在需要精確度和準(zhǔn)確度的測(cè)量中提供極高的靈敏度，并在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)、汽車和電信行業(yè)中定期出現(xiàn)新的用例。之所以能夠做到這一點(diǎn)，是因?yàn)檫@些傳感器利用系統(tǒng)的量子特性來測(cè)量這些系統(tǒng)中的微小物理變化和特征。

下一代量子傳感技術(shù)在設(shè)計(jì)上比上一代產(chǎn)品更小、更輕、更具成本效益，與傳統(tǒng)傳感技術(shù)相比，其測(cè)量分辨率高得驚人。早期的使用案例包括通過識(shí)別微小缺陷對(duì)高質(zhì)量產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量控制測(cè)量、對(duì)精密產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)量，以及通過測(cè)量表面下隱藏的東西進(jìn)行非破壞性測(cè)試。

目前，采用下一代量子傳感技術(shù)的障礙包括開發(fā)成本和時(shí)間，這可能會(huì)推遲整個(gè)行業(yè)的采用。其他挑戰(zhàn)包括新傳感器與現(xiàn)有數(shù)據(jù)框架的整合以及行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化--這些問題反映了采用和吸收新興技術(shù)的許多挑戰(zhàn)。對(duì)價(jià)格敏感度較低且受益最大的行業(yè)將率先行動(dòng)。一旦國防、生物技術(shù)和汽車行業(yè)證明了這些敏感技術(shù)的應(yīng)用和商業(yè)案例，隨著技術(shù)的發(fā)展和規(guī)模的擴(kuò)大，還會(huì)出現(xiàn)其他使用案例。隨著制造業(yè)在不犧牲質(zhì)量或生產(chǎn)率的前提下采用新技術(shù)來提高精度和靈活性，以更高分辨率進(jìn)行測(cè)量的方法和技術(shù)將變得更加重要。

重要的是要關(guān)注將其他領(lǐng)先技術(shù)與量子傳感技術(shù)（如無線網(wǎng)絡(luò)）相結(jié)合所能帶來的益處。與制造業(yè)相關(guān)的行業(yè)，如建筑業(yè)和采礦業(yè)，也將從中受益。如果技術(shù)能將這些傳感器發(fā)展得足夠小巧和廉價(jià)，它們也有可能進(jìn)入你的智能手機(jī)。