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量子传感器的性能分析

传感器的性能品质主要从准确度 、稳定性和灵敏度等方面加以评价 。结合量子传感器的自身特点 ,可以从以下几个方面来考虑量子传感器的性能 :


(1) 非破坏性 :


在量子控制中 ,由于测量可能会引起被测系统波函数约化 ,同时 ,传感器也可能引起系统状态变化 ,因此 ,在测量中 ,要充分考虑量子传感器与系统的相互作用 。因为量子控制中的状态检测与经典控制中的状态检测存在本质上的不同 ,测量可能引起的状态波函数约化过程暗示了对状态的测量已经破坏了状态本身 ,因此 ,非破坏性是量子传感器应重点考虑的方面之一 。在进行实际检测时 ,可以考虑将量子传感器作为系统的一部分加以考虑 ,或者作为系统的扰动 ,将传感器与被测对象相互作用的哈密顿考虑在整个系统状态的演化之中 ;


(2) 实时性 :


根据量子控制中测量的特点 ,特别是状态演化的快速性 ,使得实时性成为量子传感器品质评价的重要指标 。实时性要求量子传感器的测量结果能够较好的与被测对象的当前状态相吻合 ,必要时能够对被测对象量子态演化进行跟踪 ,在设计量子传感器时 ,要考虑如何解决测量滞后问题 ;


(3) 灵敏性 :


由于量子传感器的主要功能是实现对微观对象被测量的变换 ,要求对象微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 。

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