近年來,人們發現利用量子力學的基本屬性,如量子相關、量子糾纏、量子統計等,可以實現更高精度的測量。因此,基于量子力學特性實現物理量的高精度測量稱為量子傳感。在量子傳感中,電磁場、溫度、壓力等外部環境直接與電子、光子、聲子等系統相互作用,改變其量子狀態,最終通過檢測這些變化的量子狀態來測量外部環境的高靈敏度。利用目前成熟的量子態控制技術,可以進一步提高測量靈敏度。因此,這些電子、光子、聲子等量子系統是高靈敏度的量子尺子——量子傳感器。可從兩個方面定義所謂的量子傳感器:
(1)利用量子效應,根據相應的量子算法設計的物理裝置,用于執行轉換功能;
(2)為了滿足被測變換元件的需要,有些部分細小到必須考慮其量子效應。無論從哪個方面來定義,量子傳感器都必須遵循量子力學規律。可以說,量子傳感器是根據量子力學規律,利用量子效應設計的物理裝置,用于改變系統的測量。例如,量子雷達技術采用了量子糾纏原理。根據物理學家SethLloyd的理論方案,該過程包括將一系列糾纏光子的一半從一個物體上彈回,然后將返回的光子與被阻擋的光子進行比較。這樣做的目的是區分最初的輻射和強噪聲源,發現隱形飛機等普通雷達無法檢測到的物體,隱藏雷達操作員。
和蓬勃發展的生物傳感器一樣,量子傳感器應該由產生信號的敏感元件和處理信號的輔助儀器組成,其中敏感元件是傳感器的核心,利用量子效應。量子傳感器的特性。
傳感器的性能質量主要從精度、穩定性和靈敏度來評價。結合量子傳感器的特點,可以從以下幾個方面考慮量子傳感器的性能:
(1)非破壞性:
在量子控制中,由于測量可能導致被測系統的波函數約化,傳感器也可能導致系統狀態的變化,因此在測量中應充分考慮量子傳感器與系統的相互作用。由于量子控制中的狀態檢測與經典控制中的狀態檢測有本質區別,測量可能引起的狀態波函數約化過程暗示狀態的測量已經破壞了狀態本身。因此,非破壞性是量子傳感器應該考慮的重點方面之一。在實際測試中,可以考慮將量子傳感器作為系統的一部分,或者作為系統的擾動,將傳感器與被測對象相互作用的哈密頓考慮到整個系統狀態的演變;
(2)實時性:
根據量子控制中測量的特點,特別是狀態演化的快速性,實時性成為量子傳感器質量評價的重要指標。實時性要求量子傳感器的測量結果能更好地與被測對象的當前狀態一致,必要時能跟蹤被測對象的量子態進化。設計量子傳感器時,應考慮如何解決測量滯后問題;
(3)靈敏度:
由于量子傳感器的主要功能是實現測量微觀對象的轉換,要求對象的微小變化也能被捕捉到。因此,在設計量子傳感器時,應考慮其靈敏度能夠滿足實際要求;
(4)穩定性:
在量子控制中,被控對象的狀態容易受到環境的影響。量子傳感器在檢測對象的量子態時,也可能導致對象或傳感器本身的狀態不穩定。解決辦法是引入環境工程思路,考慮使用冷卻套和低溫保持器進行保護;
(5)多功能:
量子系統本身就是一個復雜的系統,每個子系統之間或傳感器與系統之間都容易相互作用。在實際應用中,總是期望減少人為影響和多步測量帶來的滯后問題。因此,更多的功能,如采樣、處理和測量,可以集成在同一個量子傳感器上,并將合適的智能控制算法集成到其中,設計出智能多功能量子傳感器。量子傳感器具有許多經典傳感器所不具備的性質。在設計量子傳感器時,應從非破壞性、實時性、靈敏性、穩定性和多功能性等方面評估量子傳感器的性能。
深圳市力準傳感技術有限公司是力傳感器、稱重測力傳感器的專業制造商,也是集生產、銷售、售后為一體的綜合性技術創新企業。主要生產有千余款產品。稱重范圍小到幾克,大到1000多噸;有適用于各種惡劣環境的高、中、低溫傳感器和高防護等級傳感器。
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