Page 194 - 当代控制理论及应用技术概论

当代控制理论及应用技术概论
Introduction to Contemporary Control Theory and Applied Technology

统必须可以随时监测到当地厘米级的危险路况。使用基于冷原子的量子传感器，
导航系统不但可以将位置信息精确到厘米，还必须具备在诸如水下、地下和建筑
群中等导航卫星触及不到的地方工作的能力。
与此同时，其他类型的量子传感器也在不断发展之中（例如工作在太赫兹
波段的传感器），它们可以将道路评估的精度精确到毫米级。此外，最初为原子

钟而开发的基于激光的微波源也可以提升机场雷达系统的工作范围和工作精度。
量子传感技术中最成熟的研究领域是位移传感，其最早被应用于美国的“干
涉探测器”（LIGO）寻找引力波存在的迹象，该探测器可以探测 10-18 米量级

的极微量位移，甚至比光子本身的直径还小一千倍，充分展示了量子传感器的巨
大应用潜力。目前，已相继开展量子激光陀螺、量子光纤扰动传感和量子光纤
水听器等量子传感技术的理论研究。美国国防先期研究计划局 DARPA 已经专门
立项量子传感器的研究专题。2007 年，澳大利亚学者安德鲁·怀特小组制备了 6
光子以上的纠缠源。2010 年，来自意大利罗马大学的团队证明了存在损耗和噪

声的干涉仪中也可以实现高精度的传感和测量，探索了将量子技术应用于现场环
境以实现远距离传感的可能性。
（六）量子生物学

量子生物学是利用量子力学的概念、原理及方法，从分子、原子及电子水
平研究生命物质和生命过程的学科。量子力学的创立和发展，吸引着众多物理学
家和化学家，促使他们用量子力学的方法分析生物学意义上的电子结构，并把结
果和生物学活性联系起来。例如，早在 1938 年，R.F. 施密特就开始了对致癌芳
香烃类化合物的研究，试图说明致癌活性与分子的电子结构之间的关系，随后经

过普尔曼等人的研究，它现在已成为量子生物学中的重要组成部分。
1939 年，物理学家 P.Jordan 提出了“突变是一种量子过程”的观点，薛定
谔在《生命是什么》一书中对这一观点进行了详尽的阐述，提出遗传物质是一种

有机分子、遗传性钜浴懊苈搿毙问酵 ü 染色体而传递等设想。这些设想通过脱
氧核糖核酸双螺旋结构模型得到极大的发展，从而奠定了分子生物学的基础。分
子的相互作用必然涉及其电子的行为，而能够精确描述电子行为的手段就是量子
力学。因此量子生物学是分子生物学深入发展的必然趋势，是量子力学与分子生
物学发展到一定阶段之后相互结合的产物。

量子生物学的研究方法基本上就是用量子力学的方法来处理一个微观体系

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