光學傳感器作為底層的高技術產(chǎn)品，由于其精度高、反應快、可測參數(shù)多、可遙測、可遙控等特性，廣泛適用于智能制造、自動駕駛等多個領域。

而最近，科學家們研發(fā)出了在量子極限下操作大規(guī)?？芍圃?span id="5rc50uh" class="wpcom_tag_link">光子傳感器的方法。在量子傳感中，電磁場、溫度、壓力等外界環(huán)境直接與電子、光子、聲子等體系發(fā)生相互作用并改變它們的量子狀態(tài)，最終通過對這些變化后的量子態(tài)進行檢測實現(xiàn)外界環(huán)境的高靈敏度測量。而利用當前成熟的量子態(tài)操控技術，可以進一步提高光子傳感器檢測的靈敏度。因此，這些電子、光子、聲子等量子體系就是一把高靈敏度的量子“尺子”——量子級光子傳感器。

01：光子傳感器：移動測距是問題

光電和光子傳感器（OE-P傳感器）正在科技領域扮演著越來越重要的角色，并逐步應用到產(chǎn)業(yè)當中去。如今，技術人員們正在開發(fā)各種各樣的 OE-P 傳感器，并將這些OE-P傳感器應用到自動駕駛汽車上，以確保自動駕駛汽車的精確操縱。自動駕駛汽車在使用“原地感測”功能時，需要用OE-P傳感器來衡量感測車輛與周圍物體之間的物理參數(shù)；此外，OE-P傳感器還能廣泛應用在工業(yè)和社會中的大量領域，為物聯(lián)網(wǎng)技術提供新的感測技術解決方案。

此外，歐洲議會和理事會于2020年6月通過了《歐盟分類條例》（下文簡稱“分類條例”），這其中，就對環(huán)境敏感物質(zhì)的檢測提出了新要求。而通過OE-P傳感器，我們可以形成一個跨學科的技術平臺，該平臺將包含新穎的傳感材料、創(chuàng)意器件結(jié)構(gòu)、多功能組件和集成系統(tǒng)；OE-P傳感器還將包括基于量子技術的傳感能力，感知的精確度可以達到納米尺度。通過這種以自下而上的方式應對這些監(jiān)管的變化，也有利于解決環(huán)境污染問題。

技術人員正在探索各種原型的自動駕駛汽車，并為之開發(fā)了很多傳感器、然而，“如何實時測量移動的車輛與其周圍物體之間的距離”是這些傳感器面臨的共同挑戰(zhàn)。因此，激光雷達就成為了解決這個問題的關鍵。

02 量子級光子傳感器：更精密、更迅速、更可靠

激光雷達是一個傳感器單元，它通過發(fā)射激光照亮周圍環(huán)境。通過對從表面反射回來的激光進行光電處理，可以精確測量物體之間的距離。激光雷達集成了電子和光子的雙重感知路徑，。通過激光雷達，兩個物體之間的物理距離信息可以轉(zhuǎn)化為有意義的信息。因此，激光雷達可以作為 OE-P 傳感器技術的平臺，并擴展到結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測、地震傳感以及機器人骨科手術等其他應用領域。

近幾十年來，物聯(lián)網(wǎng)技術飛速發(fā)展，尤其是在制造業(yè)領域，物聯(lián)網(wǎng)技術在提高產(chǎn)量、無人自助生產(chǎn)等方面發(fā)揮了重要作用。然而，物聯(lián)網(wǎng)在制造業(yè)的狂飆突進在最近幾年遇到了阻力——2020年6月22日，歐盟官方期刊公布了《分類條例》，并于2020年7月12日生效。該條例規(guī)定，經(jīng)濟活動在必須滿足環(huán)境可持續(xù)的條件下進行，人們必須直面氣候變化、空氣污染、水污染以及生態(tài)系統(tǒng)破壞等的全球問題。而為了實現(xiàn)這種“環(huán)境可持續(xù)”，我們需要以OP-E傳感器為核心的全新的多功能技術底層設施。

今天，我們見證了量子科學在各種宏觀應用中的實施，如量子糾纏信息的長距離傳輸和量子計算網(wǎng)絡等。量子傳感是通過使用量子資源，來增強對微弱物體的雷達監(jiān)測能力和光學存儲器的信息讀取能力，以及提高極近點狀源的光學分辨率。例如，科學家們現(xiàn)在正在研究一種“量子尺度干涉儀”，它可以用來測量人體內(nèi)神經(jīng)元的溫度和位移。而“量子級OE-P傳感器”也正在成為人們關注的焦點，全球范圍內(nèi)科研人員對此的研究也在日益深入。

文章來源：

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fsens.2022.921795/full

作者：Kyunghwan Oh

編譯：王藝