最近的電影《蟻人》（Ant-Man）將量子技術(shù)表現(xiàn)得淋漓盡致，但量子科學(xué)的未來(lái)比虛構(gòu)的更加光明。量子傳感器這一應(yīng)用已經(jīng)成為我們世界上一些最重要系統(tǒng)和技術(shù)的基礎(chǔ)，全球定位系統(tǒng)（GPS）和磁共振成像（MRI）掃描儀就是最好的例子。

量子傳感器和量子人工智能僅僅是個(gè)開(kāi)始：現(xiàn)在，機(jī)器人也在接受量子傳感器的治療。量子傳感器將為機(jī)器人的工作方式以及我們?nèi)绾螌⑺鼈儜?yīng)用于 21 世紀(jì)的重要挑戰(zhàn)提供超級(jí)動(dòng)力。

量子傳感器為何意義重大？

現(xiàn)代技術(shù)中充滿(mǎn)了測(cè)量熱、光、運(yùn)動(dòng)、壓力或物理環(huán)境其他方面的傳感器。量子傳感器增添了新的內(nèi)容。它們利用粒子在原子尺度上行為的量子特性來(lái)探測(cè)引力場(chǎng)、電場(chǎng)或磁場(chǎng)中的微小運(yùn)動(dòng)或變化。

由于量子傳感器在如此小的尺度上工作，因此它們可以極其精確地測(cè)量光或其他可觀(guān)測(cè)現(xiàn)象。這也意味著它們可以提供高度精確和穩(wěn)定的測(cè)量，因?yàn)樗鼈儨y(cè)量的是原子結(jié)構(gòu)或原子粒子自旋等永不改變的特性。

這種準(zhǔn)確性和可靠性使量子傳感器非常有用。通過(guò)檢測(cè)重要的頻率并跟蹤心臟和大腦或脊髓和大腦之間的相互作用，他們可以使人體掃描技術(shù)比當(dāng)今的核磁共振成像技術(shù)更加強(qiáng)大。世界各國(guó)政府也對(duì)量子傳感感興趣，因?yàn)樗哂幸韵潞锰帲合胂笠幌履軌驒z測(cè)當(dāng)前的隱形機(jī)械或無(wú)需衛(wèi)星即可進(jìn)行通信。

噪聲數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)

不過(guò)，值得一提的是，有時(shí)如此精確和敏感可能并沒(méi)有多大用處。這是因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)中產(chǎn)生大量噪音。噪聲數(shù)據(jù)是一個(gè)挑戰(zhàn)，像我們的安永量子數(shù)據(jù)科學(xué)團(tuán)隊(duì)這樣的團(tuán)隊(duì)正在通過(guò)實(shí)施人工智能來(lái)從噪聲中分離出見(jiàn)解來(lái)應(yīng)對(duì)。

事實(shí)上，將量子傳感與其他技術(shù)相結(jié)合是一種具有巨大潛力的策略。量子傳感和機(jī)器人技術(shù)就是一個(gè)很好的例子。大多數(shù)量子傳感器的尺寸很小，加上它們的高靈敏度，已經(jīng)導(dǎo)致它們被用作機(jī)械臂光纖電纜中的觸覺(jué)傳感元件——通過(guò)檢測(cè)有關(guān)壓力、振動(dòng)、溫度或壓力的精確信息來(lái)幫助機(jī)械臂感知其環(huán)境。質(zhì)地。

這種強(qiáng)大組合的其他潛在應(yīng)用也正在出現(xiàn)。例如，我們開(kāi)始看到量子傳感器與移動(dòng)機(jī)器人相結(jié)合。傳感器檢測(cè)到的環(huán)境信息（例如溫度或磁場(chǎng)的微小變化）可以使機(jī)器人做出更精確的運(yùn)動(dòng)和決策，并為其他目的收集有價(jià)值的數(shù)據(jù)。

移動(dòng)機(jī)器人是出色的量子傳感器運(yùn)輸機(jī)

我們自己測(cè)試了這一點(diǎn)，將量子傳感器連接到 Spot，這是一款設(shè)計(jì)用于移動(dòng)和收集數(shù)據(jù)的四足機(jī)器人。我們測(cè)試的量子傳感器旨在測(cè)量影響植物生長(zhǎng)的光類(lèi)型，稱(chēng)為光合有效輻射（PAR）。更準(zhǔn)確地說(shuō)，傳感器測(cè)量某個(gè)時(shí)間點(diǎn)特定位置的光合活躍光子數(shù)量，以了解該位置的植物將接收多少 PAR。

由于該傳感器在水下和地下的人工照明溫室等環(huán)境中堅(jiān)固可靠，因此將其連接到 Spot 等移動(dòng)機(jī)器人在農(nóng)業(yè)中具有寶貴的潛力，在農(nóng)業(yè)中，監(jiān)測(cè)和管理光線(xiàn)至關(guān)重要。它還可以幫助模擬新興的大規(guī)模生物生態(tài)系統(tǒng)，例如沙漠中的種植園或地下農(nóng)場(chǎng)，以幫助利用它們解決全球糧食安全問(wèn)題。

我們已經(jīng)看到了這一領(lǐng)域的開(kāi)創(chuàng)性研究，例如卡塔爾的一個(gè)項(xiàng)目，研究番茄等對(duì)光非常敏感的溫室植物的最佳生長(zhǎng)策略，該項(xiàng)目旨在促進(jìn)該國(guó)糧食安全重點(diǎn)關(guān)注本地種植而不是進(jìn)口農(nóng)產(chǎn)品。

量子傳感器與移動(dòng)機(jī)器人配對(duì)的巨大潛力

為了進(jìn)行簡(jiǎn)單的概念驗(yàn)證，我們使用標(biāo)準(zhǔn) GoPro 安裝座將傳感器連接到 Spot，并對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程，使其在我們的辦公室花園中移動(dòng)，以便傳感器可以進(jìn)行光測(cè)量。我們的第一個(gè)發(fā)現(xiàn)是，不幸的是，丹麥的冬季對(duì)我們的植物來(lái)說(shuō)“不是最佳的”！

我們的第二個(gè)目標(biāo)是親眼目睹為什么將量子傳感器與移動(dòng)機(jī)器人配對(duì)具有如此大的潛力。我們看到了對(duì) Spot 進(jìn)行編程以隨著時(shí)間的推移定期測(cè)量花園周?chē)哪芰Φ奶厥鈨r(jià)值。

除了 Spot 等安裝在機(jī)器人上的 PAR 傳感器的農(nóng)業(yè)用途之外，帶有量子重力傳感器的機(jī)器人還可以改變我們繪制地下結(jié)構(gòu)地圖的能力。通過(guò)更精確地測(cè)量重力場(chǎng)的差異，這些傳感器可以通過(guò)更準(zhǔn)確地繪制隧道、洞穴或天坑來(lái)幫助降低施工風(fēng)險(xiǎn)，并幫助環(huán)境科學(xué)家建模和預(yù)測(cè)巖漿流或地下水位的模式，以管理噴發(fā)和洪水風(fēng)險(xiǎn)。