信息来源：微信公众号《斗室智库》

——“真正的挑战是将量子传感器从实验室带到我们可以工业化生产的产品中。”

第二次量子革命有可能颠覆传感器领域，而传感器是泰雷兹历史悠久的业务之一。但如果我们想从这些预测中的动荡中获益，首先必须为这些与基础科学相关技术找到切实的工业应用。致力于开发这些新用途的关键技术领域硬件副总裁Bertrand Demotes（伯特兰·德莫特）概述了世界面临的挑战。

近年来量子物理进展所释放的巨大创新潜力被称为“第二次量子革命”。这一新范式是否也即将彻底改变我们所知的传感器世界？

量子物理已有一百多年的历史，重要的是要理解我们今天在计量领域使用的许多事物——如晶体管、计算机和手机芯片、激光、硬盘和GPS/GNSS设备——直接源自第一次量子革命后的发现。事实上，所有驱动我们信息社会的电子和光电设备都依赖于量子物理进步带来的颠覆性技术。然而，第一波中出现的应用只将这些新定律应用于那些在微观上“较大”的物体，因为它们利用了大量原子或粒子。例如，激光发射大量光子，而晶体管的工作依赖于施加电流，使电子云向某一方向流动。

大约四十年前，科学家们意识到可以通过控制少量粒子，甚至单个粒子，比如捕获单个电子或单个离子，或控制光子对的发射来操控。这种能够寻找物质个体效应的能力，而不仅仅是依赖平均（或平均）效应，理论上为一个全新的创新世界打开了大门，这些创新可以利用量子物理的其他方面。在传感器领域具有巨大潜力，前提是所有这些科学知识能够转化为我们可以在工业规模上生产的具体应用。在量子物理这样要求极高的领域，我们需要依赖基础科学。我们为此投入了大量精力。

所以就目前而言，量子传感器的创新更多是工程师而非研究人员的任务？

在量子物理这样要求极高的领域，我们显然需要依赖基础科学。在泰雷兹，我们投入大量精力进行基础研究。例如，在近二十年的历史中，我们位于帕莱索的实验室因其未来量子传感器的研究而赢得了全球声誉。这是关键环节，使我们的团队能够利用大量关于该主题的学术研究成果，并将其传递给负责开发真实产品的工程师。无论是传感器领域还是其他工业领域，创新都不在于取得重大科学突破，而更多是寻找实用应用并开发可行的产品。在量子领域，识别应用场景在很多方面几乎和科学研究本身一样复杂。得益于钻石的卓越特性，我们将能够制造能够测量纳米级磁场的传感器。

哪些技术最有可能先找到可行的应用场景？

我们已经识别出十几种有潜力开辟新机遇的不同技术。并非所有技术都处于同样成熟的水平，但我们密切关注的三项技术在众多技术中脱颖而出。第一个问题涉及钻石中的氮空中心（NV）。简单来说，这项技术利用钻石原子晶格中的缺陷，将颗粒系统困在晶体结构内部。这种机制本质上非常稳定，有望为新型传感器的发展铺平道路，例如用于测量纳米尺度的磁场。这正是由泰雷兹领导的ASTERIQs试点项目的目标之一。

我们另一个感兴趣的领域是冷原子技术，这涉及在真空电池中分离粒子，所以可以用激光对冷却并固定它们。这使得我们能够创造所谓的玻色-爱因斯坦凝聚态，其表现为单一量子物体，我们可以从中创造出原子尺度上的激光惯性导航系统，该技术的多种潜在应用包括不依赖GNSS的导航系统，可用于太空探索，甚至用于引导无人驾驶汽车车队。但首先需要解决一个规模问题：我们如何缩小实验性的冷原子激光系统，该系统目前需要安装在约7立方米的腔室中，以装入仅几立方厘米的封装中，从而集成到一个设备中！

我们的第三个优先领域是SQIF（超导量子干涉滤波器）。这项技术比其他技术更成熟，可能是首个找到具体应用的技术。

SQIF是如何运作的，它们能用来做什么？

SQIFS是依赖于量子物理定律的干涉滤波器，这些定律支配超导性。它们使用一种称为SQUID（超导量子干涉装置）的磁力计，数十年来一直是深入研究和实验的重点。SQUID依赖于一种称为约瑟夫森效应的现象，能够在冷却到接近绝对零度的温度下探测极弱的磁场。分析这些微小细胞所提供的测量是一个漫长且困难的过程，但当多个SQUID串联排列时，信号可以被放大且模糊度更低。

在泰雷兹，开发了一种将一千个SQUID组合成SQIF的方法，该方法结合了对磁波极高的灵敏度、紧凑设计和广泛的频率覆盖等多种优势。因此，SQIF是传统天线的非常好的替代方案，尤其是在需要更大尺寸设备时的长波段。SQIF天线的多种潜在应用包括用于潜艇的远程通信系统，这些系统使用极长波长。尤其在这个领域，这些新型量子传感器极具前景。

为了让这些第二代量子传感器能够突破我们的日常生活，需要克服哪些主要挑战？

理解量子传感器背后的技术显然是任何项目的关键第一步和前提。然而，这一阶段的重要性仅占我们下一代传感器研究的一小部分。一旦这个基础建立起来，我们就必须建设其他一切。这些设备最初在实验室工作台上运行，在实验条件下运行，但最大的挑战是将其转化为能够大规模生产以满足特定用途的工业产品。这意味着让来自不同专业和科学领域的工程师和研究人员能够合作——而泰雷兹在这方面拥有丰富的经验。事实上，我们的一个独特优势是能够结合不同领域专家的能力，推动项目向前发展。例如，我们在沙特勒罗的生产设施拥有世界一流的陀螺激光制造能力，其成功归功于能够让真空技术、电子学、二极管、激光及其他领域的专家协同工作。我们的目标是重建这种生态系统，帮助我们开发基于量子传感器的首批具体应用。

在泰雷兹已经具备了许多关键技能。例如，在冷却系统中——SQIF开发的关键——我们可以依靠超过25年的经验，开发和制造与红外传感器非常相似的系统。对于年轻的毕业生和研究人员来说，加入泰雷兹是一个独特的机会，可以在多学科环境中工作，挑战他们一直以来视为理所当然的一切。这是一个提出无尽问题、学习如何以不同方式思考事物的机会。在量子传感器这一充满前景的新领域，历史正在创造——我们正在书写新的篇章。这正是它如此迷人的原因！