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『传感器』一文读懂量子传感器技术与应用( 三 )


目前 ， 陆军科学家计划进一步锤炼最新技术 ， 提高这款量子传感器的灵敏度 ， 使其能探测到更弱的信号 ， 并扩展用于探测更复杂波形的协议 。
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的惯性导航的用武之地 。
④、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治疗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 。
⑤、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、地下和建筑群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 。
四、量子传感器革命还有多远？
许多专家说 ， 世界正处在第二次量子革命的边缘 。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 ， 可能会改变通讯、能源、医药和国防等行业 。这在英国和欧盟为了将寻求将量子技术商业化引发了大资金的特殊项目 ， 同时在美国最近颁布了国家量子计划(美国光学学会是其中创始合伙人) ， 并且中国和其他国家将花费数十亿美元在未来几年进行相关研究 。
美国陆军研究实验室传感器与电子设备局物理学家QudsiaQuraishi博士指出 ， 下一代精确传感系统涉及量子传感器 ， 量子传感器基于激光冷却原子 ， 极可能大幅提升系统性能 。激光冷却原子是小型相干气体原子 ， 可以测量重力场或磁场变化 ， 不仅非常精确 ， 而且灵敏度很高 。
许多从事量子传感器研究的科学家都成立了公司来将他们的技术商业化 ， 但很少有真正的产品上市 。


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