Skip to content

GCRI · Квантовые технологии

Квантовое зондирование

Quantum sensors use the sensitivity of quantum states to measure time, magnetic fields, gravity, acceleration and rotation with high precision. Atomic clocks already underpin navigation and networks; newer sensors could support navigation without satellites, medical imaging and underground mapping. This page sets out how quantum sensing works, how mature each application is, and what evidence serves the agencies and industries considering it.

02Вопрос

Quantum sensing: how the risk develops.

Measurement, navigation and Earth-science applications. The dossier below sets out how the risk develops, what is measured, where the data come from, how it is modelled and who decides.

Механизм

Atoms keep precise time

Atomic clocks use transitions between atomic energy levels as frequency references. They underpin satellite navigation, telecommunications and financial timestamps.

Механизм

Interference measures motion and gravity

Atom interferometers split and recombine matter waves to measure acceleration, rotation and gravity, with potential for navigation and subsurface mapping.

Механизм

Defects sense magnetic fields

Defects in diamond and other системы sense tiny magnetic fields at small scales, with uses in materials science and biology.

Механизм

Field use is hard

Laboratory sensitivity often degrades in the field because of vibration, temperature and size constraints. Ruggedising sensors is a major engineering challenge.

03Мониторинг

Quantum testbed.

Экран, который команда использовала бы для отслеживания этой темы: её показатели, состояния и решения. Названия приведены для примера, а значения иллюстративны.

Quantum testbed

Quantum sensing · Testbed lab · Device QD-91

Calibration cycleGCRI · Квантовые технологии

Кубиты

Q0166940.02In spec
Q1102350.04In spec
Q2178570.05Drifting
Q362320.02In spec
Q4100950.03Drifting

Device

Topology
heavy-hex, illustrative
2Q fidelity
0.994
Доступ
by committee
Метка
НАБЛЮДАЕМО
Quantum testbed: the screen’s structure, terms and states for Quantum sensing.Примеры названий и иллюстративные значения; макет, а не запись и не действующая система.
05Методы и доказательная база

How quantum sensing is modelled, measured and tested.

Модель, её допущения, данные и неопределённость в том виде, в каком их проверил бы учёный или инженер. Структуры следуют опубликованным методам. Показанные значения являются иллюстративными, а не результатами.

Модель системы

The couplings between the systems in quantum sensing: signs of influence, a reinforcing and a balancing loop, and cross-links where stress jumps.

++−+Квантовые технологииКибербезопасностьСообществаЭкономикаR усиливающаяB балансирующая
Causal loop diagram from the page’s systems; signs show the direction of influence. Illustrative structure for a system dynamics or network model, not estimated couplings.
Руководящие принципы FAIR · GO FAIR и FORCE11W3C PROV · Консорциум Всемирной паутиныРуководство по единообразному учёту неопределённостей · МГЭИКCEOS Analysis Ready Data · Комитет по спутникам наблюдения Земли
06Индикаторы

Что измеряется и насколько хорошо.

Каждый показатель указывает свою единицу, периодичность, тип источника и метку доказательной базы, которую несло бы значение. Значения не показываются: программа предоставляет их под собственную ответственность.

ИндикаторЕдиницаПериодичностьТип источникаМетка
Clock fractional frequency uncertaintydimensionlessper publicationMetrology institute resultsНАБЛЮДАЕМО
Sensor sensitivityunits per square root of hertzper devicePublished characterisationСООБЩЕНО
Field trials of quantum navigationколичествоежегодноAgency and research reportsСООБЩЕНО
Technology readiness level by applicationreadiness levelна каждую оценкуExpert assessmentsОЦЕНЕНО
Size, weight and power of deployed sensorskilograms and wattsper deviceProduct specificationsЗАДЕКЛАРИРОВАНО
Commercially available quantum sensor productscount by typeежегодноMarket surveysСООБЩЕНО
07Источники

Откуда берётся доказательная база.

Названные публичные наборы данных и институциональные записи, каждый со своим классом лицензии. Источники по соглашению используются только на их условиях и никогда не публикуются повторно.

ИсточникЧто он даётКласс лицензии
BIPM and national metrology institute publicationsTime standards and clock comparisonsPublic, terms per institute
Peer-reviewed sensing literatureExperimental sensitivities and demonstrationsLicence per article
Defence and transport agency reports on alternative navigationAssessments of quantum navigation optionsPublic, terms per agency
OECD quantum technologies policy workOverview of sensing applications and policyPublic, OECD terms
Market surveys of quantum sensingProducts and firmsCommercial; public summaries (to check)
08Решения

Кто принимает решения и чему служит доказательная база.

Quantum Technologies prepares evidence. The decisions below are taken by the authorities named, under their own rules, and never by the platform.

Кто принимает решениеВопросДоказательная база, которую обслуживает эта страница
Transport and navigation authoritiesWhether quantum sensors can reduce dependence on satellite navigationReadiness assessments; field trial evidence
Metrology institutesHow to develop and disseminate time and frequency standardsClock performance evidence
Industry and health системыWhere quantum sensors offer practical benefitApplication comparisons

Результаты, которые даёт эта тема

  • Readiness assessments by sensing application
  • Comparisons of quantum and classical sensor options
  • Evidence notes on navigation resilience
  • Field trial review frameworks
09Ключевые вопросы

Что спрашивают эксперты.

Sensing questions concern precision, robustness and use outside the laboratory.

  • How much better than classical instruments is a quantum sensor in real operating conditions?
  • Can it be made small, robust and affordable enough for field use?
  • Could quantum inertial sensors and clocks provide navigation when satellite signals are lost or jammed?
  • What could quantum gravimeters and magnetometers reveal about groundwater, geology and infrastructure?
  • What are the dual-use implications, for example for detecting submarines or underground structures?
10Механизмы

Механизмы и движущие факторы.

Quantum sensors exploit the fact that quantum states are disturbed by tiny changes in their environment. Atomic clocks measure time by the frequency of atomic transitions. Atom interferometers split and recombine clouds of cold atoms to measure acceleration and gravity. Defects in diamond and other materials act as nanoscale magnetometers. The same sensitivity that gives precision also makes sensors vulnerable to noise, vibration and temperature changes.

The step from laboratory to field is the main challenge. Many quantum sensors require lasers, vacuum системы and careful isolation. Engineering progress is reducing size and power, but performance in a moving vehicle or harsh environment is often well below laboratory results.

11Методы и данные

Как это изучается и где пределы методов.

Метод или данныеЧто он показываетОграничения
Laboratory metrologyFundamental sensitivity and stabilityLaboratory performance rarely transfers directly to the field
Field trialsPerformance in vehicles, aircraft, boreholes or shipsFew trials, often reported by developers
Comparison with classical sensorsWhether the quantum device adds real valueClassical sensors also improve
Earth observation data fusionCombining quantum gravimetry with satellite and ground dataInterpretation depends on geophysical models
12Методы

Как это изучается и чего методы не могут сказать.

  1. Физика и квантовая наукаХарактеристика шумов кубитов · Метрология квантовых часов · Проверка квантовых эффектовПрименяется здесь
  2. Квантовые вычисления, измерения и связьСопоставимое эталонное тестирование · Оценка уровня готовности технологий · Отслеживание последствий для безопасностиПрименяется здесь
  3. Теория вероятностей и статистикаОценка точности · Проверка заявлений о превосходстве · Анализ данных о патентах и инвестицияхПрименяется здесь
  4. Материаловедение и химияМатериалы для увеличения времени когерентности · Вариабельность изготовления · Сценарии применения квантовой химииПрименяется здесь
13Where this page’s references

Where this page’s references lead.

Органы и документы, с которыми сопоставляется эта страница. Статусы и редакции меняются; каждая ссылка ведёт к выпускающему органу.

14Вопросы

Вопросы и ответы.

What is a quantum sensor?
A device that uses quantum states, such as atomic energy levels or superposition, to measure physical quantities with high precision.
Are atomic clocks quantum technology?
Yes. They use quantum transitions in atoms and have been in use for decades, underpinning satellite navigation and network timing.
Can quantum sensors replace GPS?
Quantum inertial sensors and clocks could support navigation when satellite signals are unavailable, but field systems are still being developed and tested.
Is quantum sensing already in use?
Yes, in some forms. Atomic clocks are long established. Newer sensors such as quantum gravimeters and magnetometers are in research, trials and early commercial use.
Could quantum sensors replace satellite navigation?
Not entirely. Quantum inertial sensors could reduce drift when satellite signals are unavailable, but they measure motion relative to a starting point and still accumulate some error over time.
Why is sensing considered dual use?
Because the same precision that helps map groundwater could detect hidden objects or structures. That raises questions of export control and responsible use.
ОтчётыВнести вклад

Поделитесь доказательствами с этой страницы.

Отчёты is the Consortium’s quarterly publication. What you know about this subject can become evidence, a case or a correction in the next edition, credited to you and published under CC BY 4.0 where it is your own work.

GCRIКвантовые технологииЭкспоненциальные технологииОбзор стратегического прогнозирования

Никогда не отправляйте персональные данные, сведения о чувствительной инфраструктуре или то, чем вы не вправе делиться. Материал проходит рассмотрение перед использованием; его отправка не дает авторских или редакционных прав, а спонсорство никогда не покупает выводы.

Квантовые технологии

Предложите метод, набор данных или вопрос.

Информация и запросы открыты уже сегодня. Запрос получает номер и указывает следующий шаг; заявки, платежи, выделение вычислительных ресурсов и регистрации открываются только тогда, когда существуют их команда, условия и возможности для проверки.

Правовая информация

Карты, данные и рисунки на этом сайте приводятся для контекста и общей информации. Они не являются советом, прогнозом или предупреждением; ограничения информации изложены в Оговорках и уведомлениях о данных.