颠覆性科技德国研发工业量子传感器获高达1500万欧元资助(德国乌尔姆大学和斯图加特大学)

(德国乌尔姆大学和斯图加特大学)

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当前，量子技术既是一个基础科学研究领域，也与工业应用有着很大的联系。因此，德国联邦政府希望将量子技术的科学研究与企业战略更加紧密地结合在一起，全面支持各个阶段的应用研究。由德国联邦教研部资助高达1500 万欧元的联合项目 Q-Sens 旨在实现量子传感器从基础研究到市场成熟型产品的转化。不仅工业企业将从中受益，同时该技术有望在日常生活中得到应用。

人造纳米金刚石作为载体物质，可用于改进传感器和成像过程。图：Heiko Grandel

近年来，人们发现利用量子力学的基本属性，例如量子相干，量子纠缠，量子统计等特性，可以实现更高精度的测量。因此，基于量子力学特性实现对物理量进行高精度的测量称为量子传感。在量子传感中，电磁场、温度、压力等外界环境直接与电子、光子、声子等体系发生相互作用并改变它们的量子状态，最终通过对这些变化后的量子态进行检测实现外界环境的高灵敏度测量。而利用当前成熟的量子态操控技术，可以进一步提高测量的灵敏度。因此，这些电子、光子、声子等量子体系就是一把高灵敏度的量子“尺子”——量子传感器。

随着工业化的快速发展，量子传感器市场将逐渐增长。德国国家科学和工程研究院（Acatech）的专家预计，2023年全球工业级量子传感器的市场规模约为11亿欧元。

德国乌尔姆大学和斯图加特大学的研究人员多年来一直在研究量子传感器。在与工业合作伙伴的联合项目 Q-Sens 中，他们希望将他们的发现从基础研究转化为应用。该项目对能实现高灵敏度和高分辨率的新型量子传感器进行研究，拟打造一个区域性创新生态系统，显著降低使用量子技术的高准入门槛。量子传感器的计划应用范围包括个性化医疗、自动驾驶和信息技术。该项目得到了多家传感器技术巨头的支持，包括博世、蔡司和布鲁克。

在联邦教育和研究部 (BMBF) 发起的“创新未来集群（Clusters4Future）”竞赛中，该项目作为七个创新网络之一获胜，联邦教研部将在未来三年内提供高达1500万欧元的资助。

德国复杂量子系统研究所所长 Joachim Ankerhold 教授解释说：“量子世界的特性为提高传感器性能提供了独特的机会。传感器灵敏度方面的革命性提高开辟了新的应用，包括从太空观察地球到绘制人类大脑活动图。”

量子传感器领域有望在可预见的未来产生首批与行业相关的应用，并满足工业和消费领域对高精度传感器日益增长的需求。一方面，Q-Sens 开发将确立德国在该领域的技术领先优势。另一方面，研究将为为解决当今一些最紧迫的问题做出决定性的贡献。因此，研究的重点将放在物联网、健康、可持续性和出行移动这四个与社会高度相关的主题。

量子传感器可以做什么？

量子传感是一个鲜为人知，但更广泛的领域，正在迅速走向市场。很快就可以想象，在水下有一个完全精确的导航，检测重力的变化，发现可能的火山运动、环境变化和地震，在旅途中筛选大脑活动，甚至看到圆角。此外，在我们常规的日常生活中，量子传感将使安全导航，让我们知道脚下是什么？量子传感涵盖了各种运动检测，包括旋转、成像、加速度和重力、电场和磁场。

例如在临床诊断或医学和生物研究中，有望克服当今传感器技术、分析和成像方面存在的限制，从而开辟生物和医学技术的新业务领域。在自动驾驶汽车中，量子传感器可以改进经典传感器，以提高车辆的安全性。量子传感器也将在基于电池的能量存储中发挥决定性作用，因为它们可以详细了解电池系统的功能、充电状态和老化过程。

覆盖整个量子传感器生态系统

Q-Sens 将在研究中覆盖整个传感器供应链。这就是为什么乌尔姆大学和斯图加特大学多年来一直通过集成量子科学与技术跨学科中心 (IQST) 与工业合作伙伴以及其他公司和研究机构合作的原因。

未来，“Quanten 4 KMU”平台也将为未来集群内中小企业的技术转移做出贡献。Q-Sens 项目的参与者将利用这个平台将他们的知识和经验转移给较小规模的公司并为其开设实验室，从而消除这类企业应用量子技术的门槛。同时，在量子孵化器“Gründerspace”中，研究人员还将为初创企业提出支持和咨询。