量子传感器

量子传感器利用量子力学的特性，如量子纠缠、量子干扰和量子态挤压，这些特性具有优化的精度，并击败了目前传感器技术的极限。量子传感领域涉及到量子源（如纠缠）和量子测量的设计和工程，能够在一些技术应用中击败任何经典策略的性能。这可以用光子系统或固态系统来完成。

在光子学和量子光学中，光子量子传感利用纠缠、单光子和挤压态来进行极其精确的测量。光子传感利用连续可变的量子系统，如电磁场的不同自由度、固体的振动模式和玻色-爱因斯坦凝聚物。这些量子系统可以被探测到，以描述两个量子状态之间的未知转变。有几种方法可以改善光子传感器对目标的量子照明，这些方法通过使用量子相关来改善对微弱信号的探测。量子传感器通常建立在连续变量系统上，即以连续自由度为特征的量子系统，如位置和动量四分仪。基本工作机制通常依赖于光的光学状态，通常涉及量子力学特性，如挤压或双模纠缠。这些状态对通过干涉测量检测到的物理变化很敏感。量子传感也可以利用在非光子领域，如自旋量子比特、被困的离子、通量量子比特和纳米粒子。这些系统可以通过它们所反应的物理特性进行比较，例如，被困住的离子对电场有反应，而自旋系统会对磁场有反应。捕获的离子在其量化的运动水平上是有用的，它与电场强烈耦合。它们已被提议用于研究表面以上的电场噪声，最近还被提议用于旋转传感器。在固体物理学中，量子传感器是一种对刺激物有反应的量子装置。通常这指的是一个具有量化能量水平的传感器，它使用量子相干性来测量一个物理量，或者使用纠缠来改善测量，超过经典传感器所能做到的。固态量子传感器有4个标准。系统必须有离散的、可分辨的能量水平。你可以初始化传感器，你可以执行读出（打开并得到答案）。你可以相干地操纵传感器。传感器与一个物理量相互作用，并对该量有一些反应。研究和应用量子传感器在各种领域都有应用，包括显微镜、定位系统、通信技术、电场和磁场传感器，以及地球物理领域的研究，如矿物勘探和地震学。许多测量设备利用量子特性来探测测量，如原子钟、超导量子干涉装置和核磁共振光谱。随着新技术的发展，单个量子系统可以被用作测量设备，利用纠缠、叠加、干涉和挤压来提高灵敏度并超越经典策略的性能。早期量子传感器的一个好例子是雪崩光电二极管（APD）。APD已经被用来检测纠缠的光子。通过额外的冷却和传感器的改进，可以用于医学成像等领域的光电倍增管（PMT）。APD，以二维甚至三维堆叠阵列的形式，可以被用来直接替代基于硅二极管的传统传感器。

光子量子传感器、显微镜和引力波探测器对于光子系统，目前的研究领域考虑反馈和自适应协议。这是辨别和估计玻色子损失的一个活跃的研究领域。将受挤压的光注入干涉仪，可以对无法被经典检测到的微弱信号有更高的灵敏度。量子传感的一个实际应用是在引力波传感中实现的。