光学传感器作为底层的高技术产品，由于其精度高、反应快、可测参数多、可遥测、可遥控等特性，广泛适用于智能制造、自动驾驶等多个领域。
而最近，科学家们研发出了在量子极限下操作大规模可制造光子传感器的方法。在量子传感中，电磁场、温度、压力等外界环境直接与电子、光子、声子等体系发生相互作用并改变它们的量子状态，最终通过对这些变化后的量子态进行检测实现外界环境的高灵敏度测量。而利用当前成熟的量子态操控技术，可以进一步提高光子传感器检测的灵敏度。因此，这些电子、光子、声子等量子体系就是一把高灵敏度的量子“尺子”——量子级光子传感器。
01：光子传感器：移动测距是问题
光电和光子传感器（OE-P传感器）正在科技领域扮演着越来越重要的角色，并逐步应用到产业当中去。如今，技术人员们正在开发各种各样的 OE-P 传感器，并将这些OE-P传感器应用到自动驾驶汽车上，以确保自动驾驶汽车的精确操纵。自动驾驶汽车在使用“原地感测”功能时，需要用OE-P传感器来衡量感测车辆与周围物体之间的物理参数；此外，OE-P传感器还能广泛应用在工业和社会中的大量领域，为物联网技术提供新的感测技术解决方案。
此外，欧洲议会和理事会于2020年6月通过了《欧盟分类条例》（下文简称“分类条例”），这其中，就对环境敏感物质的检测提出了新要求。而通过OE-P传感器，我们可以形成一个跨学科的技术平台，该平台将包含新颖的传感材料、创意器件结构、多功能组件和集成系统；OE-P传感器还将包括基于量子技术的传感能力，感知的精确度可以达到纳米尺度。通过这种以自下而上的方式应对这些监管的变化，也有利于解决环境污染问题。
技术人员正在探索各种原型的自动驾驶汽车，并为之开发了很多传感器、然而，“如何实时测量移动的车辆与其周围物体之间的距离”是这些传感器面临的共同挑战。因此，激光雷达就成为了解决这个问题的关键。
02 量子级光子传感器：更精密、更迅速、更可靠
激光雷达是一个传感器单元，它通过发射激光照亮周围环境。通过对从表面反射回来的激光进行光电处理，可以精确测量物体之间的距离。激光雷达集成了电子和光子的双重感知路径，。通过激光雷达，两个物体之间的物理距离信息可以转化为有意义的信息。因此，激光雷达可以作为 OE-P 传感器技术的平台，并扩展到结构安全监测、地震传感以及机器人骨科手术等其他应用领域。
近几十年来，物联网技术飞速发展，尤其是在制造业领域，物联网技术在提高产量、无人自助生产等方面发挥了重要作用。然而，物联网在制造业的狂飙突进在最近几年遇到了阻力——2020年6月22日，欧盟官方期刊公布了《分类条例》，并于2020年7月12日生效。该条例规定，经济活动在必须满足环境可持续的条件下进行，人们必须直面气候变化、空气污染、水污染以及生态系统破坏等的全球问题。而为了实现这种“环境可持续”，我们需要以OP-E传感器为核心的全新的多功能技术底层设施。
今天，我们见证了量子科学在各种宏观应用中的实施，如量子纠缠信息的长距离传输和量子计算网络等。量子传感是通过使用量子资源，来增强对微弱物体的雷达监测能力和光学存储器的信息读取能力，以及提高极近点状源的光学分辨率。例如，科学家们现在正在研究一种“量子尺度干涉仪”，它可以用来测量人体内神经元的温度和位移。而“量子级OE-P传感器”也正在成为人们关注的焦点，全球范围内科研人员对此的研究也在日益深入。
文章来源：
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fsens.2022.921795/full
作者：Kyunghwan Oh
编译：王艺
