量子傳感器有望實(shí)現(xiàn)比當(dāng)下MEMS傳感器精確近1000倍的測(cè)量，當(dāng)下關(guān)于量子傳感器的研究如火如荼。博世在今年年初宣布成立全新初創(chuàng)團(tuán)隊(duì)，旨在將量子傳感器商品化。工業(yè)傳感器廠商SICK與合作伙伴共同開(kāi)發(fā)了工業(yè)量子傳感器，以期實(shí)現(xiàn)更多工業(yè)應(yīng)用。看似高深莫測(cè)的量子技術(shù)已走進(jìn)人們的日常生活。
1、全球多國(guó)明確強(qiáng)調(diào)發(fā)展量子傳感器
量子技術(shù)是近些年發(fā)展火熱的前沿技術(shù)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外都很關(guān)注這一技術(shù)的發(fā)展。除了量子計(jì)算、量子通信這些廣為人知的方向，量子傳感器的研究也逐漸展開(kāi)。
什么是量子傳感器？
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)的傳感器。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、光子等體系發(fā)生相互作用并改變他們的量子狀態(tài)，通過(guò)對(duì)這些變化后的量子態(tài)進(jìn)行測(cè)量便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外界環(huán)境的高靈敏度測(cè)量。與傳統(tǒng)傳感器相比，量子傳感器具有非破壞性、實(shí)時(shí)性、高靈敏性、穩(wěn)定性和多功能性的優(yōu)勢(shì)。
世界各地支持量子技術(shù)研發(fā)的戰(zhàn)略激增，各國(guó)都希望在新一輪量子革命競(jìng)賽中占據(jù)一席之地。
美國(guó)發(fā)布了量子傳感器國(guó)家戰(zhàn)略，美國(guó)國(guó)家科學(xué)和技術(shù)委員會(huì)(NSTC)量子信息科學(xué)小組委員會(huì)(SCQIS)近期發(fā)布了名為《將量子傳感器付諸實(shí)踐》的報(bào)告。其中提出一些建議，例如，領(lǐng)導(dǎo)量子信息科學(xué)與技術(shù)(QIST)研發(fā)的機(jī)構(gòu)應(yīng)該加快開(kāi)發(fā)新的量子傳感方法，優(yōu)先考慮與最終用戶建立適當(dāng)?shù)幕锇殛P(guān)系，以提高新量子傳感器的技術(shù)成熟度；使用傳感器的機(jī)構(gòu)應(yīng)該進(jìn)行可行性研究，并與QIST研發(fā)領(lǐng)導(dǎo)人共同測(cè)試量子原型系統(tǒng)，以確定有前途的技術(shù)，并專注于解決其機(jī)構(gòu)任務(wù)的量子傳感器等。希望在近中期，即未來(lái)1-8年，根據(jù)這些建議采取行動(dòng)將加速實(shí)現(xiàn)量子傳感器所需的關(guān)鍵發(fā)展。
2021年，歐洲核子研究中心（CERN）發(fā)布《量子技術(shù)戰(zhàn)略和路線圖》，探討量子技術(shù)如何在量子計(jì)算、量子傳感器等領(lǐng)域發(fā)揮作用。其中提到，CERN將與學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)合作伙伴密切合作，利用其在獨(dú)特領(lǐng)域的知識(shí)和技術(shù)，如應(yīng)用量子算法、量子態(tài)傳感器等，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)此類(lèi)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從研究到產(chǎn)業(yè)的有效知識(shí)轉(zhuǎn)移。
量子傳感路線圖包括以下目標(biāo)：
注：資料來(lái)源于《光子盒》
中國(guó)的量子傳感器研究也很活躍，2018年，中科大研制新型量子傳感器，該成果已發(fā)表在著名期刊《自然·通訊》上。2022年，國(guó)務(wù)院發(fā)布《計(jì)量發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》，提出要“重點(diǎn)開(kāi)展量子精密測(cè)量和傳感器件制備集成技術(shù)、量子傳感測(cè)量技術(shù)研究”。
2、將量子傳感器付諸實(shí)踐，這些應(yīng)用值得關(guān)注
2021年，全球范圍內(nèi)對(duì)量子技術(shù)的投資已達(dá)220億美元。根據(jù)麥肯錫公司的預(yù)測(cè)，量子傳感器的市場(chǎng)將達(dá)70億美元。量子傳感器在眾多應(yīng)用領(lǐng)域也表現(xiàn)出了無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。
賦能醫(yī)療診斷
量子傳感器可以更精準(zhǔn)、更簡(jiǎn)單地協(xié)助診斷神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如阿爾茨海默癥和帕金森癥。
阿爾茨海默病俗稱「老年性癡呆」，目前全球每3秒就新增一例癡呆患者。研究表明，對(duì)阿爾茨海默病干預(yù)時(shí)間太晚可能是治療失敗的關(guān)鍵原因。因此，早期診斷、及時(shí)干預(yù)是目前唯一有效延緩疾病進(jìn)展的措施。
影像檢查是輔助阿爾茨海默病診斷的重要手段，例如腦電圖(EEG)或功能磁共振成像(fMRI)掃描儀。量子傳感器被認(rèn)為比腦電圖或功能磁共振成像掃描儀更精確，部分原因是這些傳感器可以更接近頭骨。傳感器離大腦越近，不僅可以提高空間分辨率，還可以提高結(jié)果的時(shí)間分辨率。因此，量子腦傳感器可能成為腦電圖(EEG)和功能磁共振成像(fMRI)掃描儀更高效、更準(zhǔn)確的替代方案，對(duì)于阿爾茨海默癥檢測(cè)具有重要意義。
助力自動(dòng)駕駛行業(yè)
博世已經(jīng)研發(fā)出了量子陀螺儀，其作用與普通的陀螺儀類(lèi)似，都是感知位置的變化，但是精度卻能提升高達(dá)100倍！
博世新成立初創(chuàng)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)量子傳感技術(shù)，圖片來(lái)源于博世官方
