量子傳感是依據量子熱學規律、利用量子效應設計的、用于執行對系統被檢測進行變換的數學裝置。量子傳感運用了量子態的極端敏感性，但要使它們著力可行、落地應用是一個極大的挑戰。
一、量子傳感的定義
一項技術如何能夠覺得是量子技術？
業內研究員普遍覺得量子傳輸技術，遵守量子熱學規律，借助量子的疊加性與糾纏性等量子效應的技術，都可嚴格地覺得是量子技術。
近些年來，人們發覺借助量子力學的基本屬性，比如量子相干，量子糾纏，量子統計等特點，可以實現更高精度的檢測。為此，基于量子熱學特點實現對化學量進列寬精度的檢測稱為量子傳感器。在量子傳感器中，電磁場、溫度、壓力等外界環境直接與電子、光子、聲子等體系發生互相作用并改變它們的量子狀態，最終通過對這種變化后的量子態進行測量實現外界環境的高靈敏度檢測。而借助當前成熟的量子態操控技術，可以進一步提升檢測的靈敏度。為此，這種電子、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。
所謂量子傳感，可以從兩方面加以定義：
(1)借助量子效應、根據相應量子算法設計的、用于執行變換功能的化學裝置;
(2)為了滿足對被檢測進行變換,個別部份細微到必須考慮其量子效應的變換器件。
不管從那個方面定義,量子傳感都必須遵守量子熱學規律。可以說,量子傳感就是按照量子熱學規律、利用量子效應設計的、用于執行對系統被檢測進行變換的數學裝置。
例如量子雷達技術，就運用了量子糾纏原理。按照化學學家的理論方案，這個過程包括將一系列糾纏光子對中的一半從一個物體上彈回去，之后將返回的光子與被抵擋的光子進行比較。這樣做的目的是將最初發出的幅射與強噪音源區分開來，發覺隱型客機等普通雷達未能偵測到的物體，并將雷達操作員隱藏上去
與蓬勃發展的生物傳感一樣,量子傳感應由形成訊號的敏感器件和處理訊號的輔助儀器兩部份組成,其中敏感器件是傳感的核心,它借助的是量子效應。
二、量子傳感的特點
傳感的性能品質主要從確切度、穩定性和靈敏度等方面加以評價。結合量子傳感的自身特征,可以從以下幾個方面來考慮量子傳感的性能:
(1)非破壞性:
在量子控制中,因為檢測可能會導致被測系統波函數約化,同時,傳感也可能導致系統狀態變化,因而,在檢測中,要充分考慮量子傳感與系統的互相作用。由于量子控制中的狀態監測與精典控制中的狀態監測存在本質上的不同,檢測可能導致的狀態波函數約化過程暗示了對狀態的檢測早已破壞了狀態本身,因而,非破壞性是量子傳感應重點考慮的方面之一。在進行實際測量時,可以考慮將量子傳感作為系統的一部份加以考慮,或則作為系統的擾動,將傳感與被測對象互相作用的伊寧頓考慮在整個系統狀態的演變之中;
(2)實時性:
按照量子控制中檢測的特性,非常是狀態演變的快速性,致使實時性成為量子傳感品質評價的重要指標。實時性要求量子傳感的檢測結果就能較好的與被測對象的當前狀態相吻合,必要時才能對被測對象量子態演變進行跟蹤,在設計量子傳感時,要考慮怎樣解決檢測滯后問題;
(3)靈敏性:
因為量子傳感的主要功能是實現對微觀對象被檢測的變換,要求對象微小的變化也才能被捕捉,因而,在設計量子傳感時,要考慮其靈敏度才能滿足實際要求;
(4)穩定性:
在量子控制中,被控對象的狀態易受環境影響,量子傳感在偵測對象量子態時也可能導致對象或傳感本身狀態的不穩定,解決的辦法是引入環境工程的思想,考慮用冷卻阱、低溫保持器等方式加以保護;
(5)多功能性:
量子系統本身就是一個復雜系統,各子系統之間或傳感與系統之間都易發生互相作用,實際應用時總是期望降低人為影響和多步檢測帶來的滯后問題,因而,可以將較多的功能,如取樣、處理、測量等集成在同一量子傳感上,并將合適的智能控制算法融入其中,設計出智能型的、多功能量子傳感。
量子傳感具有許多精典傳感所不具有的性質,設計量子傳感時,在重點考慮將量子領域不可直接檢測量變換成可檢測量外,還應從非破壞性、實時性、靈敏性、穩定性、多功能性等方面對量子傳感的性能加以評估。
三、量子傳感的應用
隨著量子控制研究的深入,對敏感器件的要求將越來越高,傳感自身的發展也有向微型化、量子型發展的趨勢,量子效應將不可防止的在傳感中飾演重要角色,各類量子傳感將在量子控制、狀態監測等方面得到廣泛應用。
①、微小壓力檢測
新加坡國家標準與技術研究所(NIST)早已研發出一種壓力傳感，可以有效地對袋子里的顆粒進行計數。該裝置通過檢測激光束穿過氫氣腔和真空腔時形成的拍頻來比較真空腔和氫氣腔的壓力。二氧化碳中激光頻度的微小變化，以保持共振串擾反映了壓力的微小變化(由于壓力改變折射率)。
該量子壓力傳感，加上氦折射率的第一原理估算，可以作為壓力標準，代替笨重的水銀壓力計。還可能應用于校正半導體澆鑄廠的壓力傳感，或作為特別精確的客機高度計。
②、精準重力檢測
光線檢測并不適用于所有的成像工作，作為新的取代補充手段，重力檢測可以挺好的反映出某一地方的細微變化，比如無法接近的老煤礦、坑洞和深地埋下的水喉管。用此方式，油礦鉆探和水位檢測也會顯得異常容易。
借助量子冷原子所開發的新型引力傳感和量子提高型MEMS（微電子機械系統）技術要比原先的設備有更高的性能，在商業上也會有更重要的應用。
而低成本MEMS裝置也在設想之中，預計它將會只有足球大小，敏感程度要比在智能手機中使用的運動傳感初三百萬倍。一旦這項技術成熟，這么大面積的重力場圖象勾畫也就將成為可能。
MEMS傳感在量子成像讀出上起碼有幾個量級幅度上的進步。來自愛丁堡學院和橋港學院的研究人員開發了一種We-g監測器，We-g是一種基于MEMS的重力儀，它比傳統的重力傳感輕得多，并且可能比傳統的重力傳感實惠得多。
We-g傳感借助量子光源來改善設備精度，即使是更小的物體也可以被測量到——或有助于雪崩與水災旱災中的搜救行動，以及幫助建筑行業確定地下的詳盡狀況，降低因為意外危險引起的工程延誤，并甩掉對高昂的鉆探挖掘的依賴。
另外，常規性月球遙感觀測也可以通過精確重力檢測來實現，檢測的范包括地下水儲量、冰川及冰層的變化。
③、量子傳感偵測無線電頻譜
日本海軍研究人員研發出了一款新型量子傳感，可以幫助士兵偵測整個無線電頻譜——從0到100吉赫茲（GHz）的通訊訊號。
新型量子傳感十分精巧，幾乎難以被其他設備偵測到，有望讓士兵們如虎添翼，如可用作通訊接收器。
雖然里德堡原子擁有低毒靈敏度，但科學家迄今未曾對整個運行波段的靈敏度進行定量描述。
相比于傳統接收器，新量子傳感容積更小，但是其靈敏度可與其他電場傳感技術——如電光晶體和偶極天線耦合的無源電子設備等相匹敵。
目前，海軍科學家計劃進一步磨煉最新技術，提升這款量子傳感的靈敏度，使其能偵測到更弱的訊號，并擴充用于偵測更復雜波形的合同。
但是，有關量子傳感的想像力還不止于此：量子磁性傳感的發展將急劇增加磁腦成像的成本，有助于該項技術的推廣；而用于檢測重力的量子傳感將有望改變人們對傳統地下勘察工作繁重歷時的印象；雖然在導航領域，常常導航衛星搜索不到的地區，就是量子傳感所提供的慣性導航的用武之地。
④、醫療健康
癡呆病：按照阿爾茨海默病商會恐怕，全世界每年因癡呆病而導致的經濟損失約有5000億美元，這一數字還在不斷降低。而當前基于病人問卷的確診方式一般會使醫治手段的選擇可能性被嚴重限制，只有做好初期的確診和干預才可以有更好的療效。
研究人員正在研究一種稱為腦磁圖描記術（MEG）的技術可用于初期確診。但問題是該技術目前須要磁屏蔽室和液氦冷卻操作，這促使技術推廣顯得異常高昂。而量子磁力儀則可以挺好地填補這方面的缺陷，它靈敏度更高、幾乎不須要冷卻和與屏蔽，更關鍵的是它的成本更低。
疾病：一種名為微波斷層成像的技術已應用于甲狀腺癌的初期檢查多年，而量子傳感則有助于提升這些技術的靈敏度與顯示幀率。與傳統的X光不同，微波成像不會將腹部直接曝露于電離幅射之下。
據悉，基于金鋼石的量子傳感也促使在原子層級上研究活體細胞內的濕度和磁場成為了可能，這為醫學研究提供了新的工具。
腎臟疾患：心率失常一般被看作是發達國家的第一致死殺手，而該疾病的病理特點就是時快時慢的不規則脈搏速率。目前正在開發中的磁感應斷層攝影技術被視作可以確診纖維性顫動并研究其產生機制的工具，量子磁力儀的出現會大大提高這一技術的應用療效，在成像臨床應用、病患檢測和放療規劃等方面就會大有裨益。
⑤、交通運輸和導航
交通運輸越發展就越須要了解各類交通工具的確切位置信息及狀況，這也就對車輛、火車和客機所攜帶的傳感數目提出了要求，衛星導航設備、雷達傳感、超聲波傳感、光學傳感等都將逐步成為標配。
但是有了那些還遠遠不夠，傳感技術的發展也將面對新的挑戰。手動駕駛車輛和列車的定位及導航精度被嚴格要求在10分米以內;下一代駕駛輔助系統必須可以隨時檢測到當地分米級的危險路況。使用基于冷原子的量子傳感，導航系統不但可以將位置信息精確到分米，還必須具備在例如水下、地下和建筑群中等導航衛星觸碰不到的地方工作的能力。
與此同時，其他類型的量子傳感也在不斷發展之中（比如工作在太赫茲波段的傳感），它們可以將公路評估的精度精確到毫米級。據悉，最初為原子鐘而開發的基于激光的微波源也可以提高機場雷達系統的工作范圍和工作精度。
四、量子傳感革命還有多遠？
許多專家說，世界正處在第二次量子革命的邊沿。能量量子化通過晶體管和激光為人類帶來了現代電子技術，但隨著人類操縱單個原子和電子的能力迅速發展，可能會改變通信、能源、醫藥和國防等行業。這在俄羅斯和歐共體為了將尋求將量子技術商業化引起了大資金的特殊項目，同時在日本近來出臺了國家量子計劃(日本光學學會是其中創始合伙人)量子傳輸技術，但是中國和其他國家將耗費數十億港元在未來幾年進行相關研究。
日本海軍研究實驗室傳感與電子設備局化學學家博士強調，下一代精確傳感器系統涉及量子傳感，量子傳感基于激光冷卻原子，極可能急劇提高系統性能。激光冷卻原子是大型相干二氧化碳原子，可以檢測重力場或磁場變化，除了特別精確，但是靈敏度很高。
許多從事量子傳感研究的科學家都組建了公司來將她們的技術商業化，但極少有真正的產品上市。
雖然在量子技術中，人們談論最多的是量子計算機。理論上，量子計算機功能強悍，可以在短短幾分鐘內破解互聯網安全的底層代碼。并且全規格量子計算機的問世可能還須要幾六年的時間。相比之下，借助量子現象加密而非破解密碼的設備正開始出現在市場上。
但是，許多科學家相信量子將在傳感器領域獲得第一次真正的商業成功。這是由于傳感器可以借助量子計算機的一個特點：量子態對環境異常敏感，而這正是制造量子計算機這么困難的誘因。無論它們是對被埋物體的引力作出反應，還是接收人類腦部的磁場，量子傳感都能偵測到來自周圍世界的各類微弱訊號。美國芝加哥學院的化學學家說他覺得，非常是重力檢測量子傳感，“將很快得到更廣泛的應用”，其潛在市場可能達到每年10億英鎊。
但是，不僅個別瞄準機會的市場外，量子傳感的競爭力還有待觀察。它們一般比它們的精典對手容積更大、更復雜——正如倫敦SYRTE計量實驗室的os強調的那樣，多年來它們從巨額投資中獲益。他覺得，量子技術有時會被這些缺少制造傳感實際經驗的人夸大。
但無論怎樣，量子理論的成立是20世紀最輝煌的成就之一，它闡明了微觀領域物質的結構、性質和運動規律，把人們的視角從宏觀領域引入到微觀系統。
但是，當前，借助電子、光子、聲子等量子體系早已可以實現對電磁場、溫度、壓力、慣性等化學量的高精度量子傳感器，實驗演示了量子超區分顯微鏡、量子磁力計、量子陀螺等，并應用在材料、生物等相關學科研究中。
所以，盡管量子傳感實現量產推向市場會是道阻且長，但相信未來隨著相關技術的逐步成熟，量子傳感器將在國計民生方面得到廣泛應用。
