传感器在⽇常科技产品中的应⽤已经变得越来越⼴泛了，诸如在动作、声⾳和光线的监测领 域，从数⼗亿枚内置于⼿机中的低成本运动传感器到应⽤于医疗保健和地球卫星系统的⾼端产品，传感器的⾝影随处可见。
⽽量⼦传感器相⽐于传统产品则实现性能上的“⼤跃进”：在灵敏度、准确率和稳定性上都有了不
⽌⼀个量级的提⾼。也正因此，它的应⽤场景也变得更加多样，例如在航空航天、⽓候监测、
建筑、国防、能源、⽣物医疗、安保、交通运输和⽔资源利⽤等尖端领域都实现了量⼦传感器
的商业化应⽤。
⽽量⼦传感器的发展并⾮是⼀项技术上的单点突破，它带动的是整个⽣态系统的建⽴和完善， 从⼯程测量到数据可视化解析，各领域即将涌现的⼤量⼯作机会都表明这⼀趋势已经越来越清晰。
量⼦传感器的⼯作原理
⼀些量⼦传感器使⽤原⼦感知变化，这是因为原⼦可以被精确地控制和测量。在量⼦理论中，
诸如原⼦⼀类的粒⼦的波状运动特性，使得其可以进⾏空间扩展。⽽量⼦在叠加状态下会表现
的对周围环境⼗分敏感，这⼀特征是其被⽤作精密传感器的关键。
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例如，在原⼦⼲涉仪中，原⼦被聚集为细⼩的云状物体。精准地激光脉冲控制这些云状物体的
移动。原⼦的波状特性使其相互进⾏⼲扰，犹如⽔⾯波纹的运动状态，如果这些原⼦的运动只
受重⼒影响的话，那么它对重⼒的感知就会⾮常精确。
⼤多数磁场传感器使⽤的都是嵌⼊在诸如⾦刚⽯和或硅材料中的原⼦。⽽光⼦传感器因为利⽤
光⼦，故可以检测分⼦的光学性质以及测量微弱的化学痕迹。我们还可以使⽤量⼦技术来提⾼
⼀些如MEMS（微电⼦机械系统）经典设备的读出效率。66ssss
⽬前，我们已经可以利⽤量⼦传感器来测量加速度、重⼒、时间、压⼒、温度和磁场等精确性
参数。⽽在未来，基于量⼦纠缠现象所开出来的传感器在有效性上可以做到更进⼀步。
市场应⽤
以英国为例，在传感器及相关设备领域的从业者已经超过73000⼈，对经济的年均贡献也超过140亿英镑。单单是⼀个传感器数据服务所衍⽣出来的价值就已经是天⽂数字了，所以整合全产
输电线路覆冰业链的重要性也就不⾔⾃明了。
然⽽，有关量⼦传感器的想象⼒还不⽌于此：量⼦磁性传感器的发展将⼤幅降低磁脑成像的成本，有助于该项技术的推⼴；⽽⽤于测量重⼒的量⼦传感器将有望改变⼈们对传统地下勘测⼯
作繁杂耗时的印象；即便在导航领域，往往导航卫星搜索不到的地区，就是量⼦传感器所提供太阳能广告灯箱
的惯性导航的⽤武之地。
▶⼟⽊⼯程
地下勘测通常是极其昂贵和耗时的，但在建造新的基础设施时⼜是必要的，尤其是像⾼速铁
路、核电站这种⼤型项⽬在开建之前。实际上有很多地质构造未探明的地下环境都存在诸如下
⽔道、矿井和沉坑之类的危险。
信息不⾜的代价往往是⼗分⾼昂的，⼯程延迟、超⽀和重新规划都是家常便饭。英国进⾏基础
设施维护的⽅法就是每年花费50亿英镑在道路上挖400万个洞，之所以这么做竟然是因为⼈们不
清楚地下设施的具体位置。
⽽在⼈们的普遍印象中，任何检查都应该是在地⾯上进⾏的，⽽不需要挖掘坑洞。可现有的雷达、电⼦检测仪和磁⼒仪的性能并不能达到理想效果，超过地下⼏⽶的物体就很难被探测到
阀门防火罩了。
遇到这种情况，通常的解决⽅案就是使⽤重⼒感测技术，因为地下埋藏的任何物体的重⼒发⽣
细微的变化都可以被记录下来并绘制成重⼒图。但传统重⼒仪的问题是读数不准确、耗时长且
易于受到地⾯振动的影响。
但如果⽤量⼦传感器来进⾏重⼒测量就会有明显的优势：速度更快、读数更精确、探测的更深且不受地⾯振动的影响。这⼀技术的⼴泛应⽤势必会对⼟⽊⼯程⾏业起到极⼤的推动作⽤。
▶⾃然危害预防
在英国有超过500万的家庭所处的位置都⾯临坍塌和沉降的风险; 英国铁路部门也需要对铁轨周边的积⽔情况进⾏实时监控，以防⽌⼭体滑坡灾害的出现。⽽量⼦传感器就可以很好地在重⼒图上标记处哪⾥会有坍塌的风险、哪⾥的积⽔过多。
此外，量⼦光⼦传感器还可以快捷地识别地表下诸如油料泄漏之类的危害。这⼀切都基于量⼦传感器快速扫描的特点，⽽这也使得常态化的检查成为了可能。
▶资源勘探
获取⽯油和天然⽓等⾃然资源的重点在于开采地点的确定，这在美国是⼀个价值30亿美元的庞⼤市场。⽬前主流的勘探形式为地震探测，效果更佳，但更昂贵的重⼒测量⽅式只有在⼈们了解较少的地⽅才被采⽤。
但实际上，重⼒测量⾼昂成本的很⼤部分都来⾃于调整设备，⽽如今量⼦增强型MEMS传感器的出现就减少了设备调整的操作，使整个测量⼯作可以更快推进，连成本也降到了之前的⼗分之⼀。
▶交通运输和导航
交通运输越发展就越需要了解各种交通⼯具的准确位置信息及状况，这也就对汽车、⽕车和飞机所携带的传感器数量提出了要求，卫星导航设备、雷达传感器、超声波传感器、光学传感器等都将逐渐成
为标配。
然⽽有了这些还远远不够，传感器技术的发展也将⾯对新的挑战。⾃动驾驶汽车和⽕车的定位及导航精度被严格要求在10厘⽶以内; 下⼀代驾驶辅助系统必须可以随时监测到当地厘⽶级的危险路况。使⽤基于冷原⼦的量⼦传感器，导航系统不但可以将位置信息精确到厘⽶，还必须具备在诸如⽔下、地下和建筑中等导航卫星触及不到的地⽅⼯作的能⼒。
与此同时，其他类型的量⼦传感器也在不断发展之中（例如⼯作在太赫兹波段的传感器），它们可以将道路评估的精度精确到毫⽶级。此外，最初为原⼦钟⽽开发的基于激光的微波源也可以提升机场雷达系统的⼯作范围和⼯作精度。
▶重⼒测量
光线测量并不适⽤于所有的成像⼯作，作为新的替代补充⼿段，重⼒测量可以很好的反映出某⼀地⽅的细微变化，例如难以接近的⽼矿井、坑洞和深埋地下的⽔⽓管。⽤此⽅法，油矿勘探和⽔位监测也会变得异常容易。
利⽤量⼦冷原⼦所开发的新型引⼒传感器和量⼦增强型MEMS（微电⼦机械系统）技术要⽐以前的设备有更⾼的性能，在商业上也会有更重要的应⽤。
⽽低成本MEMS装置也在构想之中，预计它将会只有⽹球⼤⼩，敏感程度要⽐在智能⼿机中使⽤的运动传感器⾼⼀百万倍。⼀旦这项技术成熟，那么⼤⾯积的重⼒场图像绘制也就将成为可能。
MEMS传感器在量⼦成像读出上⾄少有⼏个量级幅度上的进步。来⾃格拉斯哥⼤学和桥港⼤学的研究⼈员开发了⼀种Wee-g检测器，可以利⽤量⼦光源来改善设备精度，即便是更⼩的物体也可以被检测到——或有助于雪崩与地震灾害中的救援⾏动。
冷原⼦传感器将具有最⾼的精度，性价⽐⽔平也是⽆出其右，⽬前尚未有更尖端的技术可以超过它。⽬前伯明翰⼤学正在研发RSK和e2v冷原⼦传感器，将⽤于⽇常重⼒测量。例如帮助建筑⾏业确定地下的详细状况，减少由于意外危险造成的⼯程延误，并摆脱对昂贵的勘探挖掘的依赖。
在太空中，冷原⼦传感器则可以通过检测引⼒波及验证爱因斯坦的理论来实现新的科学突破。当然了，常规性地球遥感观测也可以通过精确重⼒测量来实现，监测的范包括地下⽔储量、冰川及冰盖的变化。
在格拉斯哥⼤学，研究⼈员的也在创造⼀种新的变⾰性的太空技术，即使⽤MEMS传感器对航天器的⾼度进⾏精细控制，这将有助于增强英国⼩卫星技术在全世界范围内的竞争⼒。
▶医疗健康
痴呆病：根据阿尔茨海默病协会估计，全世界每年因痴呆病⽽造成的经济损失约有5000亿英镑，这⼀数字还在不断增加。⽽当前基于患者问卷的诊断形式通常会使⼿段的选择可能性被严重限制，只有做好早期的诊断和⼲预才可以有更好的效果。
研究⼈员正在研究⼀种称为脑磁图描记术（MEG）的技术可⽤于早期诊断。但问题是该技术⽬前需要磁屏蔽室和液氦冷却操作，这使得技术推⼴变得异常昂贵。⽽量⼦磁⼒仪则可以很好地弥补这⽅⾯的缺陷，它灵敏度更⾼、⼏乎不需要冷却和与屏蔽，更关键的是它的成本更低。
癌症：⼀种名为微波断层成像的技术已应⽤于乳腺癌的早期检测多年，⽽量⼦传感器则有助于提⾼这种技术的灵敏度与显⽰分辨率。与传统的X光不同，微波成像不会将乳房直接暴露于电离辐射之下。
此外，基于⾦刚⽯的量⼦传感器也使得在原⼦层级上研究活体细胞内的温度和磁场成为了可能，这为医学研究提供了新的⼯具。
⼼脏疾病：⼼律失常通常被看作是发达国家的第⼀致死杀⼿，⽽该病症的病理特征就是时快时慢的不规则⼼跳速度。⽬前正在开发中的磁感应断层摄影技术被视作可以诊断纤维性颤动并研究其形成机制的⼯具，量⼦磁⼒仪的出现会⼤⼤提升这⼀技术的应⽤效果，在成像临床应⽤、病患监测和⼿术规划等⽅⾯都会⼤有益处。
技术前瞻
实验已经证明量⼦传感器在针对重⼒、旋转、电场和磁场等⽅⾯的灵敏度要远远超过常规技术。⽽我们现在努⼒的⽅向就是使它们更加耐⽤、便携。
⽽在量⼦传感器商业化的过程中，有两点值得注意：
· 在学术界和产业之间保持信息沟通顺畅；
· 通过演⽰量⼦传感器如何解决现实世界中的问题，来强化商业供应链并建⽴市场信⼼。
这些都是英国国家量⼦技术计划的⽬标。从结果来看，该项计划在将基础研究商业化的做法都很成功。然⽽，考虑到该项技术应⽤的潜在不稳定性，许多公司都不愿进⾏完整的产品开发。双向触发二极管
⽽英国政府应该建⽴起创新中⼼来测试量⼦传感器并开展相关的应⽤开发。⼀旦成形，这些设施将会为量⼦服务的开发提供肥沃的⼟壤，并形成⼀个深深植根于本区域的商业⽣态系统。
家用水果榨汁机对⼯程师进⾏这些新技术的相关培训也是⼗分必要的，不仅是为了他们能够与⽤户和市场开展互动，更重要的是清楚他们所⾯临的挑战。
当然，引导技术公司在公共项⽬上展开激烈竞争也⼗分有效，必要的时候可以将他们推向全球竞争的擂台，胜出者所收获的将是巨额的经济利益。⼀个典型的例⼦是量⼦导航器和量⼦重⼒成像器已经引发了美国、中国和欧洲的浓厚兴趣，⽽类似的⽅案也可以在交通、医疗和灾害预防等领域开展。
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