量子传感器和测量设备提供了准确性、稳定性和新功能,为商业、政府和科学应用提供了优势。用于全球定位系统(GPS)导航的原子钟和用于磁共振成像(MRI)的核自旋控制等例子已经被广泛使用,对社会产生了变革性的影响。在不久的将来,量子信息科学与技术(QIST)可以实现新一代类似的变革性传感器。此外,如果将协同努力作为国家量子倡议(NQI)的一部分,这一进程可以加快。
要将基于QIST的传感器从实验室转移到市场并转移到各种任务空间,必须克服几个挑战。工业界、学术界和美国各部门和机构(以下简称机构)之间的合作可以促进必要的科学和工程,特别是在确定共同愿景和互利目标的情况下。适当的合作伙伴关系可以通过将研究人员与潜在的最终用户联系起来,共同设计和现场测试原型,从而促进进展。为此,本文提出了协调研发和促进量子传感器富有成效的应用的建议。国家科学技术委员会量子信息科学小组委员会应利用其跨部门工作组,促进以下建议的适当实施:
1.领导QIST研发的机构应加快开发新的量子传感方法,并优先与最终用户建立适当的合作伙伴关系,以提高新量子传感器的技术准备水平。
2.使用传感器的机构应进行可行性研究,并与QIST研发领导者联合测试量子原型,以确定有前景的技术,并专注于满足其机构使命的量子传感器。
3.支持工程研发的机构应开发广泛适用的组件和子系统,如紧凑可靠的激光器和集成光学,以促进量子技术的发展并促进规模经济。
4.各机构应简化技术转让和获取实践,以鼓励量子传感器技术的开发和早期采用。
这些建议通过建立在《量子信息科学国家战略概览》和《NQI法案》的基础上,加强了美国对QIST的战略。长期目标是通过量子技术的发展促进经济机会、安全应用和科学进步。在近中期,即未来1-8年,根据这些建议采取行动将加速实现量子传感器所需的关键发展。
QIST研发领导者(技术生产商)和潜在用户之间的合作将促进设备的讨论和现场测试。美国国立卫生研究院、国土安全部、美国农业部、美国国家海洋和大气管理局、美国国家航空航天局、美国国防部和美国地质勘探局等机构的最终用户可以参与适当的工作,应用在NIST、NSF、DOE、DOD或NASA的初步支持下创建的QIST设备。然后,随着价值主张和优先事项的发展,协调可以促进关键组件的研发,如激光系统、集成光学以及其他交叉和赋能技术。量子传感组件的进步也可能有助于量子计算和网络能力的发展,例如芯片级原子处理器。与此同时,将QIST研究转化为适销对路的产品和服务可以受益于创新友好的实践和强大的技术转让生态系统。