量子感測器革新機器人技術
為什麼量子感測器如此重要
現代技術中充斥著測量熱量、光線、運動、壓力或其他物理環境特性的感測器。而量子感測器提供了全新的特點。它們利用物質在原子尺寸上的量子行為來檢測微小的運動或是重力、電場或磁場的變化。由於它們作用在微小的尺度上，量子感測器能夠極度精確地測量光線或其他可觀測現象。這也意味著它們能夠提供高度精確且穩定的測量結果，因為它們測量的是原子結構或原子粒子的自旋等永不變化的特性。
噪音資料所帶來的挑戰
然而值得一提的是，高精度和高靈敏度有時可能會讓量子感測器的資料變得不太實用，因為資料中含有大量的噪音。這種噪音資料是我們 EY 量子資料科學團隊等相關團隊正努力透過實現人工智慧來提取洞見而克服的挑戰。事實上將量子感測與其他技術結合使用是一個具有巨大潛力的策略。量子感測和機器人技術就是一個很好的例子。大多數量子感測器非常小巧，並具有高靈敏度，這已經使它們被用作光纖纖維上的觸覺感測元件，用於機器人手臂，以便透過檢測有關壓力、振動、溫度或紋理的精確訊息來感知環境。
植物生長的光量測量子感測器應用
我們將一個量子感測器安裝到 Spot 這個四腳機器人上，用於測量影響植物生長的光線型別，稱為光合活性輻射（PAR）。具體而言，該感測器測量在特定位置和時間點光合活性光子的數量，以評估該位置的植物將接收多少 PAR。由於該感測器在濕潤狀態和地下環境等人工光照溫室中具有穩定可靠的特點，將它安裝在像 Spot 這樣的移動機器人上，在農業領域具有重要的潛力，因為這有助於監測和管理光線，並在新興大規模生態系統（如沙漠中的種植園或地下農場）建模，以確保全球食品安全。
應用量子感測器改善地下結構地圖和機器人導航
利用量子感測器進入具有挑戰性的環境並進行地圖繪製並非這種配對的唯一好處。量子感測器還可以幫助機器人更好地導航。自主機器人（例如 Spot 或自駕車）的安全和精確導航至關重要。在這一點上，量子感測器看似將扮演重要角色。2020 年 12 月，SPIDAR 專案獲得英國政府的資金支援，用於開發基於量子的鐳射雷達系統，用於自駕車。透過檢測物件發出的單個光子並利用其來測量探測物件的距離，SPIDAR 將能夠比現有的 3D 攝像頭系統更精確地感知物件與車輛之間的距離。與當前測量鐳射束往返時間的 LiDAR 系統相比，量子雷達如 SPIDAR 將以一兆秒的時間測量光子行進時間。它們還能夠檢測到穿越霧氣或可能繞過角落的物件，這是當前的 LiDAR 所無法做到的。
機器人導航以及商業和防務行業的潛力
非 GPS 型的定位、導航和定時（PNT）系統通常使用冷禁戒離子量子感測器，來測量微小的重力和原子加速度的變化。隨著技術變得越來越小巧和堅固，專家們相信這些系統在商業和防務行業中將具有重要的潛力。
將量子感測器與機器人和人工智慧相結合
量子感測器與機器人結合的應用並不止於此。人工智慧技術（如計算機視覺和機器學習）對於自主移動機器人感知和避障、計劃其在特定環境中的活動至關重要。但是將人工智慧處理器變得足夠小巧和輕便，以在較小的機器人中整合，是一個巨大的技術挑戰。這是因為機器視覺等過程需要大量的計算資源。專家們認為，量子計算透過更快地執行算法，可以克服這個挑戰，從而大大降低所需的處理能力。這將為利用移動機器人提供更多的機遇。
結論
量子感測器革新機器人技術，開拓了無數應用的可能性。隨著技術的發展，我們可以預見量子機器人朝著實現其潛力邁進的更大步伐。作為一種與虛構領域有所不同的實際科學應用，量子應用將引領科學家、創新者和政府進一步拓展量子科學的範疇。
Jeff Wong 是 EY 的全球首席創新官，Kristin Gilkes 是 EY 的全球創新量子領導者。
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