2025年1月7日，美政府問責局（GAO）發(fā)布《科學技術聚焦：量子傳感器》報告，概述量子傳感器的重要性、應用方向、挑戰(zhàn)和問題。
量子傳感器技術及其重要性
量子傳感器可以進行極其精確和多功能的測量，可用于測量時間、溫度、距離、重力、電磁場等，并在政府、工業(yè)、醫(yī)療保健和科學領域有著廣泛的應用。例如，量子傳感器可以在沒有GPS的情況下擴展導航。精確測量可以支持醫(yī)學、國防和研究領域的重大進步。量子傳感器有潛力以前所未有的精度進行各種測量。
與其他形式的量子技術一樣，量子傳感器依賴于量子物理的特性。其中一個特性是兩個或多個粒子之間的聯(lián)系，稱為“糾纏”，其中粒子之間的特性是相互關聯(lián)的，測量一個粒子可以揭示其他粒子的信息。另一個特性是“疊加”，它允許一個粒子在未被觀察到的情況下同時處于所有可能的可觀察狀態(tài)。這使得使用經(jīng)典物理學無法獲得的測量成為可能。
量子傳感器是量子技術發(fā)展最為成熟的類型。自20世紀中葉以來，已商業(yè)化的量子傳感器包括磁共振成像（MRI）和用于GPS的原子鐘。
進一步的突破可能在未來十年內(nèi)產(chǎn)生廣泛影響。例如，可以測量重力的原子干涉儀可用于繪制礦藏和火山活動圖。其他傳感器可用于探測暗物質(zhì)（一種尚未確定的宇宙成分）或監(jiān)測量子計算機的行為。
聯(lián)邦機構正在投資量子傳感器研究。例如，能源部和國家科學基金會分別支持加強關鍵基礎設施監(jiān)控和觀察活細胞內(nèi)部功能的研究。2018年頒布的《國家量子倡議法案》要求聯(lián)邦政府加快量子技術（包括量子傳感器）的開發(fā)和實施。
關鍵要點
l 量子傳感器是量子技術最成熟的形式，但有些傳感器需要在可靠性和成本效益方面進一步提高。
l 該領域面臨著多項挑戰(zhàn)，包括技術轉讓障礙、勞動力數(shù)量少以及關鍵部件供應不足。
l 政策制定者可以考慮如何支持這項技術并解決擔憂，例如對手可能使用傳感器來探測隱形技術。
存在的機遇
國防和導航。量子傳感器可改善時間和位置的測量，在GPS不可用或性能下降時實現(xiàn)導航，并幫助車輛在惡劣的天氣和地形下行駛。在國家安全方面，它們可以幫助軍方克服干擾并檢測隱形技術。
遠程檢測。量子傳感器可以提高在研究和現(xiàn)場環(huán)境中收集的測量值的準確性和范圍。例如，可以在鉆井前將傳感器放置在地面或地面以上以檢測地下礦藏、石油或地下水，這可以降低開采這些資源的成本和對環(huán)境的影響。
醫(yī)療保健。量子傳感器的進一步發(fā)展可以帶來對人體更精確的測量，例如以新的方式對大腦活動進行成像或確定蛋白質(zhì)結構。這些進展有助于診斷和監(jiān)測阿爾茨海默氏癥等疾病。
面臨的挑戰(zhàn)
解決量子傳感器的挑戰(zhàn)將有助于提高國家安全和經(jīng)濟競爭力。
l 技術轉讓。將量子傳感器的研究和開發(fā)轉化為產(chǎn)品的努力遍布各個行業(yè)。公共、學術和私營部門的研究人員和公司之間的進一步協(xié)調(diào)將有利于將量子傳感器從原型發(fā)展為商業(yè)上可行的設備。
l 勞動力。量子傳感器的研究和應用需要跨學科的勞動力。這將包括在生物學、計算機科學和國防等領域具有專業(yè)知識的量子科學家和工程師。
l 組件的可用性。一些量子傳感器需要緊湊型激光器或其他組件，而這些組件的可用性可能受到制造能力或專用材料獲取的限制。例如，“量子級”鉆石可以幫助生成獨特詳細的磁場圖，但美國缺乏可靠的來源。
報告表示，解決這些挑戰(zhàn)將有助于提高美國家安全和經(jīng)濟競爭力。此外，報告還建議調(diào)查量子傳感作為先進反隱身利器對國家安全的影響
