作為一個廣泛的保護傘，量子傳感操縱物質和能量的量子特性來測量敏感維度。在本文中，我們將討論量子傳感技術的類型、它們對制造的影響以及該領域的發(fā)展方向。不管你信不信，量子傳感是一個已經存在 50 多年的技術領域。量子傳感如今已廣泛應用于激光雷達、磁共振成像 (MRI) 和光伏電池等激光器中。

盡管社會已經享受到這些技術的好處，但它們的知名度卻不如人們廣泛討論的量子計算和量子通信。經常提到的“量子優(yōu)勢”指的是量子計算機能夠在極短的時間內解決問題，使以前不切實際的復雜問題變得可行。量子通信通常在網絡安全的背景下討論。這兩個領域都在迅速發(fā)展，但距離普及還需要幾年的時間。

量子傳感器利用了使量子計算和通信成為一項挑戰(zhàn)的相同特性：對外部干擾的敏感性。將這一點轉變?yōu)槲覀兊膬?yōu)勢，使我們能夠以更高的精度和容量測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，該傳感器會隨著與刺激（您想要測量的東西）的相互作用而變化。在這些方法中，量子傳感技術可以分為五個不同的類別，并且具有互補的優(yōu)勢。

（1）量子成像--可利用量子激光雷達和/或雷達探測移動或隱藏的物體，最著名的應用領域是國防。

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

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

（4）溫度計和氣壓計（分別測量--你猜對了--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量子界面器件，在潛艇或飛機等關鍵應用中實現(xiàn)更高的精確度。

（5）與量子計算或通信或兩者相結合的特定傳感應用。隨著量子計算和通信技術的成熟，這些應用還需要進一步開發(fā)。

最初，量子傳感技術被應用于我們今天常見的產品中，如數(shù)碼相機。實現(xiàn)商業(yè)化的下一代量子傳感技術將在許多方面為制造商帶來益處：在需要精確度和準確度的測量中提供極高的靈敏度，并在航空航天、生物醫(yī)學、化學、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，是因為這些傳感器利用系統(tǒng)的量子特性來測量這些系統(tǒng)中的微小物理變化和特征。

下一代量子傳感技術在設計上比上一代產品更小、更輕、更具成本效益，與傳統(tǒng)傳感技術相比，其測量分辨率高得驚人。早期的使用案例包括通過識別微小缺陷對高質量產品進行質量控制測量、對精密產品進行嚴格測量，以及通過測量表面下隱藏的東西進行非破壞性測試。

目前，采用下一代量子傳感技術的障礙包括開發(fā)成本和時間，這可能會推遲整個行業(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)內的標準化--這些問題反映了采用和吸收新興技術的許多挑戰(zhàn)。對價格敏感度較低且受益最大的行業(yè)將率先行動。一旦國防、生物技術和汽車行業(yè)證明了這些敏感技術的應用和商業(yè)案例，隨著技術的發(fā)展和規(guī)模的擴大，還會出現(xiàn)其他使用案例。隨著制造業(yè)在不犧牲質量或生產率的前提下采用新技術來提高精度和靈活性，以更高分辨率進行測量的方法和技術將變得更加重要。

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