传感器专刊 | 被列入美国国家战略 量子传感器呈现怎样的发展趋势？

    日前，美国国家科学和技术委员会（NSTC）发布了关于量子传感器的国家战略——《将量子传感器付诸实践》，其中明确将量子传感器列为未来1-8年美国信息科学的国家战略。传感器我们并不陌生，何为量子传感器？为什么它会被美国列入国家战略中？

据NSTC发布的报告中定义，量子传感器是利用量子力学特性（如原子能级、光子态或基本粒子的自旋）进行计量的设备，可为科学、技术和工业提供精密测量技术。

实现更高精度的测量

科学家发现，利用量子力学的基本属性，例如量子相干，量子纠缠，量子统计等特性，可以实现更高精度的测量。在量子传感中，电磁场、温度、压力等外界环境能直接与电子、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来实现对外界环境的高灵敏度测量。与传统传感器相比，量子传感器对环境的敏感度提高了约10倍。

在量子传感器中，当测量相对环境变化时，原子性质是不变的。因此，它们不会像传统传感器那样出现漂移或噪声问题。基于这一特性，量子传感器被应用于众多领域，例如定位、导航、计时、本地和远程、生物医学、化学和材料科学、基础物理学和宇宙学等。据MarketsandMarkets的预测，未来五年，对量子传感器的需求预计将在航空航天、军事国防、汽车运输以及医疗保健等关键应用领域实现快速增长。

当前应用市场上，主要有以下五类量子传感器：

迅速增长的市场趋势

据MarketsandMarkets最新发布的报告显示，全球量子传感器市场规模在2022年到2027年，预计将以16.8%的复合年增长率，从2.6亿美元增长至5.65亿美元。未来五年内，全球量子传感器市场需求将呈现较大增长幅度。

1）磁性传感器市场将以显著的复合年增长率增长
磁传感器将磁场变化转换为电信号。在磁传感器中加入量子技术，能够提高传感器的灵敏度，并减小传感器的尺寸和重量。磁性传感器尺寸的减小使其能够更多的适应于显微镜、定位系统、电场/磁场传感器以及通信技术等各种应用领域。目前，这一类传感器正越来越多地被用于医疗保健领域的脑磁图和痴呆症研究中。

除了医疗保健领域外，磁性传感器还用于其他领域，例如携带关键任务的航空航天和国防应用，精确磁场的识别对于太空任务和其他国防任务至关重要。同时，磁传感器在铁路和地铁的精确导航中也发挥着重要作用。

2）建筑和采矿领域预计将释放对量子传感器的需求
任何建筑的建造都离不开挖掘、钻探和地下活动来铺设基础结构，然而地下可能埋有公用电缆和管道，一旦损坏会造成较大规模的混乱和财产损失。因此，在开始施工之前，对拟建地点进行地下勘测至关重要。

目前进行地下勘测使用的各种仪器，由于在地下的勘测面积较小，对公共事业部门造成了重大威胁，也引起了健康和安全问题。一些重要的管道深埋在地下，不在传统仪器测量的范围。量子传感器理论上可以探测到地核，因此建筑领域中也计划使用量子传感器，这也意味着量子传感器可以用于经济基础设施建设和智慧城市发展。

3）北美市场预计将以最高的复合年增长率增长
预计北美地区量子传感器市场在未来几年将呈现高增长态势，这归因于它们在航空航天、国防以及自动驾驶汽车领域的应用不断增加。值得一提的是，美国是北美地区最具影响力的量子传感器市场，大多数关键公司都位于美国，这使该国成为量子传感器的重要市场。美国汽车、军事及国防部门已经开始使用量子传感器。

美国是在道路上部署自动驾驶汽车数量最多的国家之一。美国的自动驾驶汽车市场广阔且增长迅速，一些主要车企已经对车辆进行了测试，量子传感器使自动驾驶汽车能够正常运行，它们保证了自动驾驶汽车的安全性和卓越性能。因此，预计未来几年美国的自动驾驶汽车市场将迅速增长，同时推动量子传感器市场的发展。

4）2027年亚太地区将在量子传感器市场中占据重要份额
亚太地区例如中国、印度、日本和韩国，其强劲的工业增长和对军事国防领域的高投资是推动该地区量子传感器市场增长的关键因素。亚太地区国家目前正专注于量子技术和量子传感器的研发，他们为量子技术的发展做了大量投入。此外，该地区国家是汽车和医疗保健行业的主要制造中心。因此，不断扩张的医疗保健和汽车行业有望推动亚太地区量子传感器市场的增长。

来源：荣格-《智能制造纵横》

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