量子傳感器的到來 成就科技革命

近期提及量子技術(shù)，人們往往會立刻想到復(fù)雜的新型量子計算機。大眾媒體可能仍將更多關(guān)注量子計算，但是，相對來說鮮為人知的量子傳感，它的應(yīng)用領(lǐng)域更廣，并正快速走向市場。

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，量子傳感覆蓋了運動傳感（包括加速度、旋轉(zhuǎn)和重力）、電場、磁場以及成像應(yīng)用。量子傳感的優(yōu)勢包括：

覆蓋廣闊頻率非常精確地測量電場和磁場。

根據(jù)原子性質(zhì)測量物理量，因此不會出現(xiàn)漂移且無需校準(zhǔn)。

使用量子糾纏來提高靈敏度或精度。

利用量子傳感，可能很快就能實現(xiàn)完美的水下導(dǎo)航，感知重力變化從而揭示潛在的火山活動、氣候變化以及地震，行動間監(jiān)視大腦活動，甚至“觀測”轉(zhuǎn)角后方的區(qū)域。在我們的日常生活中，量子傳感可以確保穩(wěn)定而精確的導(dǎo)航，增強醫(yī)學(xué)成像，還能告訴我們腳下的地底有什么。

現(xiàn)代數(shù)字生活的核心前提之一，是時間和位置數(shù)據(jù)的持續(xù)可用性。微小的中斷可能會帶來巨大的經(jīng)濟后果，除了汽車駕駛之外，可靠的導(dǎo)航還是航空航天、漁業(yè)、供應(yīng)鏈、緊急服務(wù)甚至股票市場的核心。

不過，目前的導(dǎo)航系統(tǒng)主要依賴于GPS系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于非常容易被干擾或誤導(dǎo)的無線電接收機。事實上，只要具備一定的專業(yè)知識，人們就可以利用市售的硬件搭建一套偽造GPS信號的系統(tǒng)。

而量子導(dǎo)航系統(tǒng)使用的信號很難偽造，因為它們基于自然的基本特性。從而可以構(gòu)建更加安全的系統(tǒng)，防止發(fā)生意外、故障或惡意攻擊。

目前，利用磁共振成像（MRI）掃描儀可以生成大腦的3D模型，醫(yī)生可以用來診斷、監(jiān)測和治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病以及其它身體創(chuàng)傷。但這類系統(tǒng)非常昂貴、龐大且有噪聲，并且，通常需要患者保持完全靜止的狀態(tài)。

采用量子傳感技術(shù)，可使更小巧的便攜式醫(yī)療成像系統(tǒng)成為可能。甚至有可能創(chuàng)建一種可以在患者日常生活中監(jiān)控其大腦磁場的系統(tǒng)。這將為臨床醫(yī)生提供更多、更有價值的數(shù)據(jù)，同時減輕患者的壓力。

量子傳感其它激動人心的應(yīng)用還包括自動駕駛，因為某些量子傳感器可以“看到”轉(zhuǎn)角后方的區(qū)域，當(dāng)然還包括國防應(yīng)用，極其靈敏的量子磁傳感系統(tǒng)可以探測潛艇等水下物體。

石油、天然氣和采礦業(yè)需要知道這些原材料的準(zhǔn)確位置；能源和公用事業(yè)公司需要知道他們的管道在哪里；國防和執(zhí)法部門則常常需要勘探隧道；考古學(xué)家也希望可以得到遺失多年建筑物的完整圖片。這些需求顯而易見，但并不容易實現(xiàn)。探地雷達等技術(shù)是很不錯，但還沒有達到令我們滿意的程度。

利用冷原子系統(tǒng)的量子傳感可以通過測繪局部重力觀測地下數(shù)十米的深度?？蒲袡C構(gòu)現(xiàn)在開發(fā)的地面系統(tǒng)已經(jīng)接近所需要的精度，最終，它們可以由無人機攜帶進行飛行探測，實現(xiàn)快速地下勘探，這對于各個行業(yè)都非常有用，還可以改善導(dǎo)航。

目前，這些系統(tǒng)通?；诎嘿F的光學(xué)組件，因而非常龐大、復(fù)雜且仍處于實驗階段。但這一切正在改變。近期的一項“創(chuàng)新英國”計劃，創(chuàng)建了一款世界上最小的量子導(dǎo)航原型系統(tǒng)。隨著相關(guān)組件的商品化和集成化，第二代和第三代量子導(dǎo)航系統(tǒng)預(yù)計將進一步縮小尺寸。

英國格拉斯哥大學(xué)引力研究所的研究人員利用微米和納米技術(shù)在硅晶圓上制造了一款微型量子重力儀

這意味著量子傳感器將在3~5年內(nèi)開始在某些細分的醫(yī)療和國防應(yīng)用中投入市場。在這個日益依賴傳感器和傳感技術(shù)的時代，它們有潛力提供重要的競爭優(yōu)勢。

各種傳感器相關(guān)的開發(fā)機構(gòu)或商業(yè)組織需要把握量子傳感技術(shù)的發(fā)展動態(tài)，更有前瞻性更有實力的機構(gòu)，可以率先嘗試?yán)眠@種新技術(shù)感知我們周圍的世界。

應(yīng)用這種新穎的技術(shù)需要考量能從量子傳感所獲得的信息，并確定量子、經(jīng)典或混合系統(tǒng)中最適合的技術(shù)方案。相較于對量子物理學(xué)的深刻理解，這更要求全面把握如何收集、評估和利用數(shù)據(jù)。

量子傳感具有顛覆性，而問題在于：如何利用，誰將搶占先機？