近年來，人們發(fā)現(xiàn)利用量子力學(xué)的基本屬性，如量子相關(guān)、量子糾纏、量子統(tǒng)計等，可以實現(xiàn)更高精度的測量。因此，基于量子力學(xué)特性實現(xiàn)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(huán)境直接與電子、光子、聲子等系統(tǒng)相互作用，改變其量子狀態(tài)，最終通過檢測這些變化的量子狀態(tài)來測量外部環(huán)境的高靈敏度。利用目前成熟的量子態(tài)控制技術(shù)，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(tǒng)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(yīng)，根據(jù)相應(yīng)的量子算法設(shè)計的物理裝置，用于執(zhí)行轉(zhuǎn)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(yīng)。無論從哪個方面來定義，量子傳感器都必須遵循量子力學(xué)規(guī)律。可以說，量子傳感器是根據(jù)量子力學(xué)規(guī)律，利用量子效應(yīng)設(shè)計的物理裝置，用于改變系統(tǒng)的測量。例如，量子雷達技術(shù)采用了量子糾纏原理。根據(jù)物理學(xué)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(qū)分最初的輻射和強噪聲源，發(fā)現(xiàn)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(fā)展的生物傳感器一樣，量子傳感器應(yīng)該由產(chǎn)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(yīng)。量子傳感器的特性。
傳感器的性能質(zhì)量主要從精度、穩(wěn)定性和靈敏度來評價。結(jié)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(dǎo)致被測系統(tǒng)的波函數(shù)約化，傳感器也可能導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)的變化，因此在測量中應(yīng)充分考慮量子傳感器與系統(tǒng)的相互作用。由于量子控制中的狀態(tài)檢測與經(jīng)典控制中的狀態(tài)檢測有本質(zhì)區(qū)別，測量可能引起的狀態(tài)波函數(shù)約化過程暗示狀態(tài)的測量已經(jīng)破壞了狀態(tài)本身。因此，非破壞性是量子傳感器應(yīng)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(tǒng)的一部分，或者作為系統(tǒng)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(tǒng)狀態(tài)的演變；
(2)實時性：
根據(jù)量子控制中測量的特點，特別是狀態(tài)演化的快速性，實時性成為量子傳感器質(zhì)量評價的重要指標(biāo)。實時性要求量子傳感器的測量結(jié)果能更好地與被測對象的當(dāng)前狀態(tài)一致，必要時能跟蹤被測對象的量子態(tài)進化。設(shè)計量子傳感器時，應(yīng)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(xiàn)測量微觀對象的轉(zhuǎn)換，要求對象的微小變化也能被捕捉到。因此，在設(shè)計量子傳感器時，應(yīng)考慮其靈敏度能夠滿足實際要求；
(4)穩(wěn)定性：
在量子控制中，被控對象的狀態(tài)容易受到環(huán)境的影響。量子傳感器在檢測對象的量子態(tài)時，也可能導(dǎo)致對象或傳感器本身的狀態(tài)不穩(wěn)定。解決辦法是引入環(huán)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(tǒng)本身就是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)之間或傳感器與系統(tǒng)之間都容易相互作用。在實際應(yīng)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(shè)計出智能多功能量子傳感器。量子傳感器具有許多經(jīng)典傳感器所不具備的性質(zhì)。在設(shè)計量子傳感器時，應(yīng)從非破壞性、實時性、靈敏性、穩(wěn)定性和多功能性等方面評估量子傳感器的性能。
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