量子传感是依据量子热学规律、利用量子效应设计的、用于执行对系统被检测进行变换的数学装置。量子传感运用了量子态的极端敏感性，但要使它们着力可行、落地应用是一个极大的挑战。
一、量子传感的定义
一项技术如何能够觉得是量子技术？
业内研究员普遍觉得量子传输技术，遵守量子热学规律，借助量子的叠加性与纠缠性等量子效应的技术，都可严格地觉得是量子技术。
近些年来，人们发觉借助量子力学的基本属性，比如量子相干，量子纠缠，量子统计等特点，可以实现更高精度的检测。为此，基于量子热学特点实现对化学量进列宽精度的检测称为量子传感器。在量子传感器中，电磁场、温度、压力等外界环境直接与电子、光子、声子等体系发生互相作用并改变它们的量子状态，最终通过对这种变化后的量子态进行测量实现外界环境的高灵敏度检测。而借助当前成熟的量子态操控技术，可以进一步提升检测的灵敏度。为此，这种电子、光子、声子等量子体系就是一把高灵敏度的量子“尺子”——量子传感。
所谓量子传感，可以从两方面加以定义：
(1)借助量子效应、根据相应量子算法设计的、用于执行变换功能的化学装置;
(2)为了满足对被检测进行变换,个别部份细微到必须考虑其量子效应的变换器件。
不管从那个方面定义,量子传感都必须遵守量子热学规律。可以说,量子传感就是按照量子热学规律、利用量子效应设计的、用于执行对系统被检测进行变换的数学装置。
例如量子雷达技术，就运用了量子纠缠原理。按照化学学家的理论方案，这个过程包括将一系列纠缠光子对中的一半从一个物体上弹回去，之后将返回的光子与被抵挡的光子进行比较。这样做的目的是将最初发出的幅射与强噪音源区分开来，发觉隐型客机等普通雷达未能侦测到的物体，并将雷达操作员隐藏上去
与蓬勃发展的生物传感一样,量子传感应由形成讯号的敏感器件和处理讯号的辅助仪器两部份组成,其中敏感器件是传感的核心,它借助的是量子效应。
二、量子传感的特点
传感的性能品质主要从确切度、稳定性和灵敏度等方面加以评价。结合量子传感的自身特征,可以从以下几个方面来考虑量子传感的性能:
(1)非破坏性:
在量子控制中,因为检测可能会导致被测系统波函数约化,同时,传感也可能导致系统状态变化,因而,在检测中,要充分考虑量子传感与系统的互相作用。由于量子控制中的状态监测与精典控制中的状态监测存在本质上的不同,检测可能导致的状态波函数约化过程暗示了对状态的检测早已破坏了状态本身,因而,非破坏性是量子传感应重点考虑的方面之一。在进行实际测量时,可以考虑将量子传感作为系统的一部份加以考虑,或则作为系统的扰动,将传感与被测对象互相作用的伊宁顿考虑在整个系统状态的演变之中;
(2)实时性:
按照量子控制中检测的特性,非常是状态演变的快速性,致使实时性成为量子传感品质评价的重要指标。实时性要求量子传感的检测结果就能较好的与被测对象的当前状态相吻合,必要时才能对被测对象量子态演变进行跟踪,在设计量子传感时,要考虑怎样解决检测滞后问题;
(3)灵敏性:
因为量子传感的主要功能是实现对微观对象被检测的变换,要求对象微小的变化也才能被捕捉,因而,在设计量子传感时,要考虑其灵敏度才能满足实际要求;
(4)稳定性:
在量子控制中,被控对象的状态易受环境影响,量子传感在侦测对象量子态时也可能导致对象或传感本身状态的不稳定,解决的办法是引入环境工程的思想,考虑用冷却阱、低温保持器等方式加以保护;
(5)多功能性:
量子系统本身就是一个复杂系统,各子系统之间或传感与系统之间都易发生互相作用,实际应用时总是期望降低人为影响和多步检测带来的滞后问题,因而,可以将较多的功能,如取样、处理、测量等集成在同一量子传感上,并将合适的智能控制算法融入其中,设计出智能型的、多功能量子传感。
量子传感具有许多精典传感所不具有的性质,设计量子传感时,在重点考虑将量子领域不可直接检测量变换成可检测量外,还应从非破坏性、实时性、灵敏性、稳定性、多功能性等方面对量子传感的性能加以评估。
三、量子传感的应用
随着量子控制研究的深入,对敏感器件的要求将越来越高,传感自身的发展也有向微型化、量子型发展的趋势,量子效应将不可防止的在传感中饰演重要角色,各类量子传感将在量子控制、状态监测等方面得到广泛应用。
①、微小压力检测
新加坡国家标准与技术研究所(NIST)早已研发出一种压力传感，可以有效地对袋子里的颗粒进行计数。该装置通过检测激光束穿过氢气腔和真空腔时形成的拍频来比较真空腔和氢气腔的压力。二氧化碳中激光频度的微小变化，以保持共振串扰反映了压力的微小变化(由于压力改变折射率)。
该量子压力传感，加上氦折射率的第一原理估算，可以作为压力标准，代替笨重的水银压力计。还可能应用于校正半导体浇铸厂的压力传感，或作为特别精确的客机高度计。
②、精准重力检测
光线检测并不适用于所有的成像工作，作为新的取代补充手段，重力检测可以挺好的反映出某一地方的细微变化，比如无法接近的老煤矿、坑洞和深地埋下的水喉管。用此方式，油矿钻探和水位检测也会显得异常容易。
借助量子冷原子所开发的新型引力传感和量子提高型MEMS（微电子机械系统）技术要比原先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装置也在设想之中，预计它将会只有足球大小，敏感程度要比在智能手机中使用的运动传感初三百万倍。一旦这项技术成熟，这么大面积的重力场图象勾画也就将成为可能。
MEMS传感在量子成像读出上起码有几个量级幅度上的进步。来自爱丁堡学院和桥港学院的研究人员开发了一种We-g监测器，We-g是一种基于MEMS的重力仪，它比传统的重力传感轻得多，并且可能比传统的重力传感实惠得多。
We-g传感借助量子光源来改善设备精度，即使是更小的物体也可以被测量到——或有助于雪崩与水灾旱灾中的搜救行动，以及帮助建筑行业确定地下的详尽状况，降低因为意外危险引起的工程延误，并甩掉对高昂的钻探挖掘的依赖。
另外，常规性月球遥感观测也可以通过精确重力检测来实现，检测的范包括地下水储量、冰川及冰层的变化。
③、量子传感侦测无线电频谱
日本海军研究人员研发出了一款新型量子传感，可以帮助士兵侦测整个无线电频谱——从0到100吉赫兹（GHz）的通讯讯号。
新型量子传感十分精巧，几乎难以被其他设备侦测到，有望让士兵们如虎添翼，如可用作通讯接收器。
虽然里德堡原子拥有低毒灵敏度，但科学家迄今未曾对整个运行波段的灵敏度进行定量描述。
相比于传统接收器，新量子传感容积更小，但是其灵敏度可与其他电场传感技术——如电光晶体和偶极天线耦合的无源电子设备等相匹敌。
目前，海军科学家计划进一步磨炼最新技术，提升这款量子传感的灵敏度，使其能侦测到更弱的讯号，并扩充用于侦测更复杂波形的合同。
但是，有关量子传感的想像力还不止于此：量子磁性传感的发展将急剧增加磁脑成像的成本，有助于该项技术的推广；而用于检测重力的量子传感将有望改变人们对传统地下勘察工作繁重历时的印象；虽然在导航领域，常常导航卫星搜索不到的地区，就是量子传感所提供的惯性导航的用武之地。
④、医疗健康
痴呆病：按照阿尔茨海默病商会恐怕，全世界每年因痴呆病而导致的经济损失约有5000亿美元，这一数字还在不断降低。而当前基于病人问卷的确诊方式一般会使医治手段的选择可能性被严重限制，只有做好初期的确诊和干预才可以有更好的疗效。
研究人员正在研究一种称为脑磁图描记术（MEG）的技术可用于初期确诊。但问题是该技术目前须要磁屏蔽室和液氦冷却操作，这促使技术推广显得异常高昂。而量子磁力仪则可以挺好地填补这方面的缺陷，它灵敏度更高、几乎不须要冷却和与屏蔽，更关键的是它的成本更低。
疾病：一种名为微波断层成像的技术已应用于甲状腺癌的初期检查多年，而量子传感则有助于提升这些技术的灵敏度与显示帧率。与传统的X光不同，微波成像不会将腹部直接曝露于电离幅射之下。
据悉，基于金钢石的量子传感也促使在原子层级上研究活体细胞内的湿度和磁场成为了可能，这为医学研究提供了新的工具。
肾脏疾患：心率失常一般被看作是发达国家的第一致死杀手，而该疾病的病理特点就是时快时慢的不规则脉搏速率。目前正在开发中的磁感应断层摄影技术被视作可以确诊纤维性颤动并研究其产生机制的工具，量子磁力仪的出现会大大提高这一技术的应用疗效，在成像临床应用、病患检测和放疗规划等方面就会大有裨益。
⑤、交通运输和导航
交通运输越发展就越须要了解各类交通工具的确切位置信息及状况，这也就对车辆、火车和客机所携带的传感数目提出了要求，卫星导航设备、雷达传感、超声波传感、光学传感等都将逐步成为标配。
但是有了那些还远远不够，传感技术的发展也将面对新的挑战。手动驾驶车辆和列车的定位及导航精度被严格要求在10分米以内;下一代驾驶辅助系统必须可以随时检测到当地分米级的危险路况。使用基于冷原子的量子传感，导航系统不但可以将位置信息精确到分米，还必须具备在例如水下、地下和建筑群中等导航卫星触碰不到的地方工作的能力。
与此同时，其他类型的量子传感也在不断发展之中（比如工作在太赫兹波段的传感），它们可以将公路评估的精度精确到毫米级。据悉，最初为原子钟而开发的基于激光的微波源也可以提高机场雷达系统的工作范围和工作精度。
四、量子传感革命还有多远？
许多专家说，世界正处在第二次量子革命的边沿。能量量子化通过晶体管和激光为人类带来了现代电子技术，但随着人类操纵单个原子和电子的能力迅速发展，可能会改变通信、能源、医药和国防等行业。这在俄罗斯和欧共体为了将寻求将量子技术商业化引起了大资金的特殊项目，同时在日本近来出台了国家量子计划(日本光学学会是其中创始合伙人)量子传输技术，但是中国和其他国家将耗费数十亿港元在未来几年进行相关研究。
日本海军研究实验室传感与电子设备局化学学家博士强调，下一代精确传感器系统涉及量子传感，量子传感基于激光冷却原子，极可能急剧提高系统性能。激光冷却原子是大型相干二氧化碳原子，可以检测重力场或磁场变化，除了特别精确，但是灵敏度很高。
许多从事量子传感研究的科学家都组建了公司来将她们的技术商业化，但极少有真正的产品上市。
虽然在量子技术中，人们谈论最多的是量子计算机。理论上，量子计算机功能强悍，可以在短短几分钟内破解互联网安全的底层代码。并且全规格量子计算机的问世可能还须要几六年的时间。相比之下，借助量子现象加密而非破解密码的设备正开始出现在市场上。
但是，许多科学家相信量子将在传感器领域获得第一次真正的商业成功。这是由于传感器可以借助量子计算机的一个特点：量子态对环境异常敏感，而这正是制造量子计算机这么困难的诱因。无论它们是对被埋物体的引力作出反应，还是接收人类脑部的磁场，量子传感都能侦测到来自周围世界的各类微弱讯号。美国芝加哥学院的化学学家说他觉得，非常是重力检测量子传感，“将很快得到更广泛的应用”，其潜在市场可能达到每年10亿英镑。
但是，不仅个别瞄准机会的市场外，量子传感的竞争力还有待观察。它们一般比它们的精典对手容积更大、更复杂——正如伦敦SYRTE计量实验室的os强调的那样，多年来它们从巨额投资中获益。他觉得，量子技术有时会被这些缺少制造传感实际经验的人夸大。
但无论怎样，量子理论的成立是20世纪最辉煌的成就之一，它阐明了微观领域物质的结构、性质和运动规律，把人们的视角从宏观领域引入到微观系统。
但是，当前，借助电子、光子、声子等量子体系早已可以实现对电磁场、温度、压力、惯性等化学量的高精度量子传感器，实验演示了量子超区分显微镜、量子磁力计、量子陀螺等，并应用在材料、生物等相关学科研究中。
所以，尽管量子传感实现量产推向市场会是道阻且长，但相信未来随着相关技术的逐步成熟，量子传感器将在国计民生方面得到广泛应用。
