量子传感器的概念、现状简析

在经典控制中 ,测量过程由各种测量仪表完成 ,其中的变换过程一般由相应的测量传感器完成 。测量仪表可以由若干个传感器以合适的方式联接而成 ,共同完成变换 、选择 、比较和显示功能 。与经典控制中一样 ,量子控制中测量的关键也是被测量和标准量的比较 。而量子控制中的可观测量与量子力学中的相应自共轭算符对应 ,量子系统状态的直接测量一般不易实现 ,需要把被测量按一定的规律转变为便于测量的物理量 ,进而实现量子态的间接测量 。这一过程可以通过量子传感器完成 。

所谓量子传感器，可以从两方面加以定义：

(1) 利用量子效应 、根据相应量子算法设计的 、用于执行变换功能的物理装置 ;

(2) 为了满足对被测量进行变换 ,某些部分细微到必须考虑其量子效应的变换元件 。

不管从哪个方面定义 ,量子传感器都必须遵循量子力学规律 。可以说 ,量子传感器就是根据量子力学规律 、利用量子效应设计的 、用于执行对系统被测量进行变换的物理装置 。

与蓬勃发展的生物传感器一样,量子传感器应由产生信号的敏感元件和处理信号的辅助仪器两部分组成 ,其中敏感元件是传感器的核心 ,它利用的是量子效应 。

随着量子控制研究的深入 ,对敏感元件的要求将越来越高 ,传感器自身的发展也有向微型化 、量子型发展的趋势,量子效应将不可避免的在传感器中扮演重要角色 ,各种量子传感器将在量子控制 、状态检测等方面得到广泛应用 。