光學(xué)傳感器作為底層的高技術(shù)產(chǎn)品，由于其精度高、反應(yīng)快、可測(cè)參數(shù)多、可遙測(cè)、可遙控等特性，廣泛適用于智能制造、自動(dòng)駕駛等多個(gè)領(lǐng)域。
而最近，科學(xué)家們研發(fā)出了在量子極限下操作大規(guī)?？芍圃旃庾觽鞲衅鞯姆椒ā?/span>在量子傳感中，電磁場(chǎng)、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(duì)這些變化后的量子態(tài)進(jìn)行檢測(cè)實(shí)現(xiàn)外界環(huán)境的高靈敏度測(cè)量。而利用當(dāng)前成熟的量子態(tài)操控技術(shù)，可以進(jìn)一步提高光子傳感器檢測(cè)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(jí)光子傳感器。
01：光子傳感器：移動(dòng)測(cè)距是問題
光電和光子傳感器（OE-P傳感器）正在科技領(lǐng)域扮演著越來越重要的角色，并逐步應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)當(dāng)中去。如今，技術(shù)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(yīng)用到自動(dòng)駕駛汽車上，以確保自動(dòng)駕駛汽車的精確操縱。自動(dòng)駕駛汽車在使用原地感測(cè)功能時(shí)，需要用OE-P傳感器來衡量感測(cè)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(yīng)用在工業(yè)和社會(huì)中的大量領(lǐng)域，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供新的感測(cè)技術(shù)解決方案。
此外，歐洲議會(huì)和理事會(huì)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(duì)環(huán)境敏感物質(zhì)的檢測(cè)提出了新要求。而通過OE-P傳感器，我們可以形成一個(gè)跨學(xué)科的技術(shù)平臺(tái)，該平臺(tái)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(shù)的傳感能力，感知的精確度可以達(dá)到納米尺度。通過這種以自下而上的方式應(yīng)對(duì)這些監(jiān)管的變化，也有利于解決環(huán)境污染問題。
技術(shù)人員正在探索各種原型的自動(dòng)駕駛汽車，并為之開發(fā)了很多傳感器、然而，如何實(shí)時(shí)測(cè)量移動(dòng)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(dá)就成為了解決這個(gè)問題的關(guān)鍵。
02 量子級(jí)光子傳感器：更精密、更迅速、更可靠
激光雷達(dá)是一個(gè)傳感器單元，它通過發(fā)射激光照亮周圍環(huán)境。通過對(duì)從表面反射回來的激光進(jìn)行光電處理，可以精確測(cè)量物體之間的距離。激光雷達(dá)集成了電子和光子的雙重感知路徑，。通過激光雷達(dá)，兩個(gè)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(dá)可以作為 OE-P 傳感器技術(shù)的平臺(tái)，并擴(kuò)展到結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)、地震傳感以及機(jī)器人骨科手術(shù)等其他應(yīng)用領(lǐng)域。
近幾十年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展，尤其是在制造業(yè)領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(jìn)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(jì)活動(dòng)在必須滿足環(huán)境可持續(xù)的條件下進(jìn)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(shí)現(xiàn)這種環(huán)境可持續(xù)，我們需要以O(shè)P-E傳感器為核心的全新的多功能技術(shù)底層設(shè)施。
今天，我們見證了量子科學(xué)在各種宏觀應(yīng)用中的實(shí)施，如量子糾纏信息的長距離傳輸和量子計(jì)算網(wǎng)絡(luò)等。量子傳感是通過使用量子資源，來增強(qiáng)對(duì)微弱物體的雷達(dá)監(jiān)測(cè)能力和光學(xué)存儲(chǔ)器的信息讀取能力，以及提高極近點(diǎn)狀源的光學(xué)分辨率。例如，科學(xué)家們現(xiàn)在正在研究一種量子尺度干涉儀，它可以用來測(cè)量人體內(nèi)神經(jīng)元的溫度和位移。而量子級(jí)OE-P傳感器也正在成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，全球范圍內(nèi)科研人員對(duì)此的研究也在日益深入。
