量子傳感器是根據(jù)量子力學(xué)規(guī)律、利用量子效應(yīng)設(shè)計(jì)的、用于執(zhí)行對(duì)系統(tǒng)被測(cè)量進(jìn)行變換的物理裝置。量子傳感器運(yùn)用了量子態(tài)的極端敏感性，但要使它們切實(shí)可行、落地應(yīng)用是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。  

 

一、量子傳感器的定義  

一項(xiàng)技術(shù)怎樣才能認(rèn)為是量子技術(shù)？  

 

業(yè)內(nèi)研究員普遍認(rèn)為，遵循量子力學(xué)規(guī)律，利用量子的疊加性與糾纏性等量子效應(yīng)的技術(shù)，都可嚴(yán)格地認(rèn)為是量子技術(shù)。  

 

近年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)利用量子力學(xué)的基本屬性，例如量子相干，量子糾纏，量子統(tǒng)計(jì)等特性，可以實(shí)現(xiàn)更高精度的測(cè)量。因此，基于量子力學(xué)特性實(shí)現(xiàn)對(duì)物理量進(jìn)行高精度的測(cè)量稱(chēng)為量子傳感。在量子傳感中，電磁場(chǎng)、溫度、壓力等外界環(huán)境直接與電子、光子、聲子等體系發(fā)生相互作用并改變它們的量子狀態(tài)，最終通過(guò)對(duì)這些變化后的量子態(tài)進(jìn)行檢測(cè)實(shí)現(xiàn)外界環(huán)境的高靈敏度測(cè)量。而利用當(dāng)前成熟的量子態(tài)操控技術(shù)，可以進(jìn)一步提高測(cè)量的靈敏度。因此，這些電子、光子、聲子等量子體系就是一把高靈敏度的量子“尺子”——量子傳感器。  

 

所謂量子傳感器，可以從兩方面加以定義：  

 

(1)利用量子效應(yīng)、根據(jù)相應(yīng)量子算法設(shè)計(jì)的、用于執(zhí)行變換功能的物理裝置;  

 

(2)為了滿(mǎn)足對(duì)被測(cè)量進(jìn)行變換,某些部分細(xì)微到必須考慮其量子效應(yīng)的變換元件。  

 

不管從哪個(gè)方面定義,量子傳感器都必須遵循量子力學(xué)規(guī)律?？梢哉f(shuō),量子傳感器就是根據(jù)量子力學(xué)規(guī)律、利用量子效應(yīng)設(shè)計(jì)的、用于執(zhí)行對(duì)系統(tǒng)被測(cè)量進(jìn)行變換的物理裝置。  

 

比如量子雷達(dá)技術(shù)，就運(yùn)用了量子糾纏原理。根據(jù)物理學(xué)家SethLloyd的理論方案，這個(gè)過(guò)程包括將一系列糾纏光子對(duì)中的一半從一個(gè)物體上彈回來(lái)，然后將返回的光子與被阻擋的光子進(jìn)行比較。這樣做的目的是將最初發(fā)出的輻射與強(qiáng)噪聲源區(qū)分開(kāi)來(lái)，發(fā)現(xiàn)隱形飛機(jī)等普通雷達(dá)無(wú)法探測(cè)到的物體，并將雷達(dá)操作員隱藏起來(lái)  

 

與蓬勃發(fā)展的生物傳感器一樣,量子傳感器應(yīng)由產(chǎn)生信號(hào)的敏感元件和處理信號(hào)的輔助儀器兩部分組成,其中敏感元件是傳感器的核心,它利用的是量子效應(yīng)。