Page 191 - 当代控制理论及应用技术概论

第五章 量子控制研究

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，量子传感器在探测对象量
子态时也可能引起对象或传感器本身状态的不稳定，解决的办法是引入环境工程

的思想，考虑用冷却阱、低温保持器等方法加以保护。
⑤多功能性
量子系统本身就是一个复杂系统，各子系统之间或传感器与系统之间都易

发生相互作用，实际应用时总是期望减少人为影响和多步测量带来的滞后问题，
因此，可以将较多的功能，如采样、处理、测量等集成在同一量子传感器上，并
将合适的智能控制算法融入其中，设计出智能型的、多功能量子传感器。
量子传感器具有许多经典传感器所不具有的性质，设计量子传感器时，在
重点考虑将量子领域不可直接测量量变换成可测量量外，还应从非破坏性、实时

性、灵敏性、稳定性、多功能性等方面对量子传感器的性能加以评估。
2. 量子传感器应用
量子传感器在许多领域具有广泛的应用前景。首先，量子传感器可以在精

密测量和实验物理领域中发挥关键作用。例如，利用量子传感器可以实现更精确
的时间测量、质量测量和频率测量。其次，量子传感器在地球科学和环境监测中
具有重要意义。例如，利用量子传感器可以测量地球重力场变化、地磁场变化、
大气污染物浓度等。此外，量子传感器还可以在生物医学领域中应用于生物分子
测量、生物成像和医学诊断等。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。

（1）微小压力测量
美国国家标准与技术研究所（NIST）已经研制出一种压力传感器，可以有
效地对盒子里的颗粒进行计数。该装置通过测量激光束穿过氦气腔和真空腔时产
生的拍频来比较真空腔和氦气腔的压力。气体中激光频率的微小变化，以保持共
振驻波反映了压力的微小变化（因为压力改变折射率）。

该量子压力传感器，加上氦折射率的第一原理计算，可以作为压力标准，

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