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1、量子传感器的性能分析与市场应用 量子理论的创立是20世纪最辉煌的成就之一，它揭示了微观领域物质的结构、性质和运动规律，把人们的视角从宏观领域引入到微观系统。一系列区别于经典系统的现象，如量子纠缠、量子相干、不确定性等被发现。同时,量子理论和量子方法还被应用到化学反应、基因工程、原子物理、量子信息等领域。 近年来量子信息学的发展，使得对微观对象量子态的操纵和控制变得越来越重要。用量子控制的理论和方法来解决量子态的控制问题从而产生了量子控制论。 量子控制论是以研究微观世界系统量子态的控制问题的学科，量子传感器即可用于解决量子控制中的检测问题
2、。 量子传感器的性能分析与市场应用 量子理论的创立是20世纪最辉煌的成就之一，它揭示了微观领域物质的结构、性质和运动规律，把人们的视角从宏观领域引入到微观系统。一系列区别于经典系统的现象，如量子纠缠、量子相干、不确定性等被发现。同时,量子理论和量子方法还被应用到化学反应、基因工程、原子物理、量子信息等领域。 近年来量子信息学的发展，使得对微观对象量子态的操纵和控制变得越来越重要。用量子控制的理论和方法来解决量子态的控制问题从而产生了量子控制论。 量子控制论是以研究微观世界系统量子态的控制问题的学科，量子传感器即可用于解决量子控制中的检
3、测问题。 量子传感器的性能分析与市场应用 量子理论的创立是20世纪最辉煌的成就之一，它揭示了微观领域物质的结构、性质和运动规律，把人们的视角从宏观领域引入到微观系统。一系列区别于经典系统的现象，如量子纠缠、量子相干、不确定性等被发现。同时,量子理论和量子方法还被应用到化学反应、基因工程、原子物理、量子信息等领域。 近年来量子信息学的发展，使得对微观对象量子态的操纵和控制变得越来越重要。用量子控制的理论和方法来解决量子态的控制问题从而产生了量子控制论。 量子控制论是以研究微观世界系统量子态的控制问题的学科，量子传感器即可用于解决量子控制
4、中的检测问题。 量子传感器的概念与现状 在经典控制中,测量过程由各种测量仪表完成,其中的变换过程一般由相应的测量传感器完成。测量仪表可以由若干个传感器以合适的方式联接而成,共同完成变换、选择、比较和显示功能。与经典控制中一样,量子控制中测量的关键也是被测量和标准量的比较。而量子控制中的可观测量与量子力学中的相应自共轭算符对应,量子系统状态的直接测量一般不易实现,需要把被测量按一定的规律转变为便于测量的物理量,进而实现量子态的间接测量。这一过程可以通过量子传感器完成。 所谓量子传感器，可以从两方面加以定义： (1)利用量子效应、
5、根据相应量子算法设计的、用于执行变换功能的物理装置; (2)为了满足对被测量进行变换,某些部分细微到必须考虑其量子效应的变换元件。 不管从哪个方面定义,量子传感器都必须遵循量子力学规律。可以说,量子传感器就是根据量子力学规律、利用量子效应设计的、用于执行对系统被测量进行变换的物理装置。 与蓬勃发展的生物传感器一样,量子传感器应由产生信号的敏感元件和处理信号的辅助仪器两部分组成,其中敏感元件是传感器的核心,它利用的是量子效应。 随着量子控制研究的深入,对敏感元件的要求将越来越高,传感器自身的发展也有向微型化、量子型发展的趋势,量子效应将
6、不可避免的在传感器中扮演重要角色,各种量子传感器将在量子控制、状态检测等方面得到广泛应用。 量子传感器的性能分析 传感器的性能品质主要从准确度、稳定性和灵敏度等方面加以评价。结合量子传感器的自身特点,可以从以下几个方面来考虑量子传感器的性能: (1)非破坏性: 在量子控制中,由于测量可能会引起被测系统波函数约化,同时,传感器也可能引起系统状态变化,因此,在测量中,要充分考虑量子传感器与系统的相互作用。因为量子控制中的状态检测与经典控制中的状态检测存在本质上的不同,测量可能引起的状态波函数约化过程暗示了对状态的测量已经破坏了状态本身,因
7、此,非破坏性是量子传感器应重点考虑的方面之一。在进行实际检测时,可以考虑将量子传感器作为系统的一部分加以考虑,或者作为系统的扰动,将传感器与被测对象相互作用的哈密顿考虑在整个系统状态的演化之中; (2)实时性: 根据量子控制中测量的特点,特别是状态演化的快速性,使得实时性成为量子传感器品质评价的重要指标。实时性要求量子传感器的测量结果能够较好的与被测对象的当前状态相吻合,必要时能够对被测对象量子态演化进行跟踪,在设计量子传感器时,要考虑如何解决测量滞后问题; (3)灵敏性: 由于量子传感器的主要功能是实现对微观对象被测量的变换,要求对
8、象微小的变化也能够被捕捉,因此,在设计量子传感器时,要考虑其灵敏度能够满足实际要求; (4)稳定性: 在量子控制中,被控对象的状态易受环境影响,量子传感器在探测
