北京
量子传感技术的进步表明，它们可能先于量子计算机成为主流。
尽管全世界都在关注量子计算的下一次发展，但真正掀起巨浪的却是量子传感器——它们已能测量以往根本无法探测的场和力。
从脑波到引力波，量子传感器已成功探测到这两者，如今正准备走出实验室，投入实际运行。
量子传感器如何工作？
普通物理传感器通常使用弹簧、线圈甚至计算机芯片等设计部件，将某个参数转换为数字。因此，无论是测量温度、压力、光还是磁场，传感器都能在有限区域内给出其存在程度的度量。
量子传感器的工作原理与此类似，但它不使用设计部件，而是利用原子、电子自旋或超导量子比特来测量物理量。大多数量子传感器都遵循一个三步循环：首先制备一个已知的量子态，然后让待测物理参数改变该量子态，第三步再测量这一变化。
根据传感器使用的是原子、电子还是量子比特，其初始量子态分别可以是已知的能级、电子自旋或电流环路。
与物理传感器因温度或长时间使用而导致读数不准不同，量子测量由于所用材料的一致性而均匀得多，并且对被测参数的极细微推动也十分敏感。
量子传感器的应用领域
现代医学可利用脑活动产生的磁场对大脑进行成像。通常，这种成像使用的传感器能够探测飞特斯拉（femtotesla）或皮特斯拉（picotesla）量级的磁场，其强度甚至弱于冰箱贴。这需要通过对传感器进行磁屏蔽来实现。
然而，美国国家标准与技术研究院（NIST）开发的一种新型原子级磁力仪不仅可在室温下工作，还能测量来自心脏的磁场。在一项实验中，NIST的研究人员甚至用这种原子级设备测量了胎儿心脏的相关数据。
我们今天所知的世界严重依赖GPS信号进行导航。从国际旅行到本地外卖配送，GPS无处不在。GPS信号失效或被屏蔽所带来的影响日益增大，科学家希望用加速度计和陀螺仪作为备用方案。
尽管这些传感器如今甚至已出现在我们的智能手机中，但它们容易产生误差，且误差会随时间不断累积。解决这个问题的方法是原子干涉仪，其中利用激光冷却的原子云有助于减少这些误差
虽然该技术仍在开发中，但英国和欧洲已将其纳入韧性计划，以应对GPS不可用的局面。
尽管量子传感器的应用日益增多，但量子态十分脆弱，容易受到干扰。例如，量子噪声会影响激光干涉引力波天文台（LIGO）探测引力波时的性能。因此，科学家使用频率依赖压缩来降低量子噪声。在其他传感器中，则通过部署真空室、屏蔽装置和其他激光来保持量子传感器的稳定。
目前的研究正致力于让量子传感器变得更小、更便宜，并且足够坚固，以便能在日常环境中直接部署，无需特殊保护。
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