2025年1月7日，美國美國政府問責辦公室發(fā)布《量子傳感器技術報告：現(xiàn)狀、機遇、挑戰(zhàn)與政策考量》，分析了量子技術原理、發(fā)展現(xiàn)狀、應用機會、面臨挑戰(zhàn)以及政策背景等方面，為政策制定者提供了全面的參考，以助力量子傳感器技術的發(fā)展與應用。

一、引言

在科技飛速發(fā)展的當下，量子傳感器憑借其獨特的量子特性，成為備受矚目的前沿技術。它在多個關鍵領域展現(xiàn)出巨大潛力，對提升國家科技競爭力和保障國家安全具有重要意義，因此深入研究量子傳感器的各方面情況十分必要。

二、量子傳感器技術解析

（一）技術原理

量子傳感器的核心原理植根于量子物理學的奇妙特性。其中，糾纏現(xiàn)象是其實現(xiàn)高精度測量的關鍵之一。當多個粒子處于糾纏態(tài)時，它們之間的某些特性緊密相連，對其中一個粒子的測量能夠瞬間傳遞并揭示其他糾纏粒子的相關信息，這種超越經(jīng)典物理的關聯(lián)為測量提供了全新的維度。疊加原理則賦予粒子在未被觀測時同時處于多種可能狀態(tài)的神奇能力，使得量子傳感器能夠突破經(jīng)典物理的限制，獲取更為豐富和精確的測量結果，從而實現(xiàn)對時間、溫度、距離、重力、電磁場等物理量的超高精度探測。

（二）發(fā)展歷程與成熟度

量子傳感器的發(fā)展可追溯至 20 世紀中葉，在這一時期，部分基于量子技術的設備開始走向商業(yè)化，其中具有代表性的是磁共振成像（MRI）和在全球定位系統(tǒng)（GPS）中發(fā)揮關鍵作用的原子鐘。經(jīng)過多年的持續(xù)發(fā)展，量子傳感器已成為量子技術領域中相對成熟的分支。然而，盡管取得了顯著進展，目前仍有一些量子傳感器在實際應用中面臨諸如可靠性有待提升、成本效益不佳等問題，需要進一步的研發(fā)和優(yōu)化。

三、應用領域的廣闊前景

（一）國防與導航

在國防和導航領域，量子傳感器正引發(fā)深刻變革。其對時間和位置測量精度的大幅提升，為軍事行動和民用導航帶來了全新的可能性。在復雜的戰(zhàn)場環(huán)境或 GPS 信號受到干擾、遮蔽甚至失效的情況下，量子傳感器能夠憑借自身優(yōu)勢確保精確導航，使軍事裝備和民用交通工具得以順利穿越惡劣天氣和復雜地形。同時，在國家安全層面，量子傳感器有望成為對抗敵方隱形技術的有力武器，通過其獨特的探測能力，幫助軍隊及時發(fā)現(xiàn)潛在威脅，有效提升國防安全保障能力。

（二）遠程探測

遠程探測是量子傳感器的又一重要應用方向。在資源勘探方面，將量子傳感器部署于地面或空中，能夠在鉆探作業(yè)前對地下的礦產(chǎn)資源（如金屬礦、稀土礦等）、石油以及地下水資源進行高精度探測。這種預先探測能力不僅可以顯著降低勘探成本，避免盲目鉆探帶來的資源浪費，還能有效減少對生態(tài)環(huán)境的潛在破壞，為可持續(xù)資源開發(fā)提供有力支持。

（三）醫(yī)療保健

在醫(yī)療保健領域，量子傳感器的持續(xù)發(fā)展為疾病診斷和監(jiān)測帶來了新的曙光。隨著技術的不斷進步，有望實現(xiàn)對人體更為精細和準確的測量。例如，在神經(jīng)科學領域，可能催生全新的腦活動成像技術，幫助醫(yī)生更深入地了解大腦的功能和病變機制；在生物化學領域，能夠為蛋白質結構的測定提供更精確的方法，從而助力開發(fā)針對阿爾茨海默病等復雜疾病的早期診斷和個性化治療方案，為改善人類健康狀況發(fā)揮重要作用。

四、挑戰(zhàn)

（一）技術轉移困境

量子傳感器從實驗室的研究成果轉化為實際產(chǎn)品的過程面臨諸多阻礙。當前，相關研發(fā)工作分散于不同行業(yè)，各行業(yè)之間缺乏有效的協(xié)同合作機制。公共科研機構、學術團體與私營企業(yè)之間在技術標準、研發(fā)進度和市場需求等方面存在較大差異，導致技術轉移過程中信息溝通不暢、資源整合困難，嚴重影響了量子傳感器的商業(yè)化進程，延緩了其從原型機走向大規(guī)模市場應用的步伐。

（二）人才短缺難題

量子傳感器的研究與應用涉及多個學科領域的深度融合，需要一支具備跨學科知識和技能的專業(yè)人才隊伍。這不僅要求科研人員精通量子科學的前沿理論和技術，還需熟悉生物學、計算機科學、國防軍事等相關領域的專業(yè)知識。然而，目前此類跨學科人才的培養(yǎng)體系尚不完善，人才供應遠遠無法滿足行業(yè)快速發(fā)展的需求，成為制約量子傳感器技術進一步發(fā)展的關鍵因素之一。

（三）關鍵組件供應瓶頸

部分量子傳感器的制造高度依賴特定的關鍵組件，如緊湊型激光器和量子級鉆石等。這些組件的生產(chǎn)面臨著制造工藝復雜、原材料獲取困難等問題。以量子級鉆石為例，美國國內缺乏穩(wěn)定可靠的供應源，主要依賴進口，這不僅增加了生產(chǎn)成本，還使得供應鏈面臨風險，嚴重限制了相關量子傳感器的大規(guī)模生產(chǎn)和廣泛應用。

五、政策背景與關鍵問題思考

在政策層面，國會正積極考慮重新授權《國家量子倡議法案》，以持續(xù)推動量子技術的研究與應用，量子傳感器作為其中的重點領域備受關注。在此背景下，亟待解決兩個關鍵問題：一是如何構建完善的人才培養(yǎng)體系和強大的制造業(yè)支撐體系，確保有充足的專業(yè)人才投身量子傳感器領域，同時提升國內制造業(yè)的能力，以增強美國在全球量子傳感器市場的競爭力；二是深入評估量子傳感器在國防等領域的應用，特別是反隱形技術等先進應用對國家安全戰(zhàn)略和國際關系的潛在影響，以便在推動技術發(fā)展的同時，有效維護國家的安全與利益。

六、結語

量子傳感器技術蘊含著巨大的潛力，但要實現(xiàn)其廣泛應用和深度發(fā)展，必須正視并克服當前面臨的諸多挑戰(zhàn)。政策制定者、科研機構和企業(yè)需要協(xié)同合作，在政策引導、技術研發(fā)、人才培養(yǎng)和產(chǎn)業(yè)支持等方面共同發(fā)力，為量子傳感器技術的蓬勃發(fā)展創(chuàng)造有利條件，為社會的進步和國家的安全提供堅實保障。

轉載鏈接：https://www.tbtguide.com/c/mypt/gwxw/590044.jhtml

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