2025年1月7日，美政府问责局（GAO）发布《科学技术聚焦：量子传感器》报告，概述量子传感器的重要性、应用方向、挑战和问题。

量子传感器技术及其重要性

量子传感器可以进行极其精确和多功能的测量，可用于测量时间、温度、距离、重力、电磁场等，并在政府、工业、医疗保健和科学领域有着广泛的应用。例如，量子传感器可以在没有GPS的情况下扩展导航。精确测量可以支持医学、国防和研究领域的重大进步。量子传感器有潜力以前所未有的精度进行各种测量。

与其他形式的量子技术一样，量子传感器依赖于量子物理的特性。其中一个特性是两个或多个粒子之间的联系，称为“纠缠”，其中粒子之间的特性是相互关联的，测量一个粒子可以揭示其他粒子的信息。另一个特性是“叠加”，它允许一个粒子在未被观察到的情况下同时处于所有可能的可观察状态。这使得使用经典物理学无法获得的测量成为可能。

量子传感器是量子技术发展最为成熟的类型。自20世纪中叶以来，已商业化的量子传感器包括磁共振成像（MRI）和用于GPS的原子钟。

进一步的突破可能在未来十年内产生广泛影响。例如，可以测量重力的原子干涉仪可用于绘制矿藏和火山活动图。其他传感器可用于探测暗物质（一种尚未确定的宇宙成分）或监测量子计算机的行为。

联邦机构正在投资量子传感器研究。例如，能源部和国家科学基金会分别支持加强关键基础设施监控和观察活细胞内部功能的研究。2018年颁布的《国家量子倡议法案》要求联邦政府加快量子技术（包括量子传感器）的开发和实施。

关键要点

l  量子传感器是量子技术最成熟的形式，但有些传感器需要在可靠性和成本效益方面进一步提高。

l  该领域面临着多项挑战，包括技术转让障碍、劳动力数量少以及关键部件供应不足。

l  政策制定者可以考虑如何支持这项技术并解决担忧，例如对手可能使用传感器来探测隐形技术。

存在的机遇

国防和导航。量子传感器可改善时间和位置的测量，在GPS不可用或性能下降时实现导航，并帮助车辆在恶劣的天气和地形下行驶。在国家安全方面，它们可以帮助军方克服干扰并检测隐形技术。

远程检测。量子传感器可以提高在研究和现场环境中收集的测量值的准确性和范围。例如，可以在钻井前将传感器放置在地面或地面以上以检测地下矿藏、石油或地下水，这可以降低开采这些资源的成本和对环境的影响。

医疗保健。量子传感器的进一步发展可以带来对人体更精确的测量，例如以新的方式对大脑活动进行成像或确定蛋白质结构。这些进展有助于诊断和监测阿尔茨海默氏症等疾病。

面临的挑战

解决量子传感器的挑战将有助于提高国家安全和经济竞争力。

l  技术转让。将量子传感器的研究和开发转化为产品的努力遍布各个行业。公共、学术和私营部门的研究人员和公司之间的进一步协调将有利于将量子传感器从原型发展为商业上可行的设备。

l  劳动力。量子传感器的研究和应用需要跨学科的劳动力。这将包括在生物学、计算机科学和国防等领域具有专业知识的量子科学家和工程师。

l  组件的可用性。一些量子传感器需要紧凑型激光器或其他组件，而这些组件的可用性可能受到制造能力或专用材料获取的限制。例如，“量子级”钻石可以帮助生成独特详细的磁场图，但美国缺乏可靠的来源。

报告表示，解决这些挑战将有助于提高美国家安全和经济竞争力。此外，报告还建议调查量子传感作为先进反隐身利器对国家安全的影响