ภายในเทคโนโลยีควอน ตัม เซนเซอร์ควอนตัมใช้ปรากฏการณ์ทางกลศาสตร์ควอนตัม เช่นการซ้อนทับควอนตัมการพัวพันควอนตัมและการบีบอัดควอนตัมเพื่อวัดปริมาณทางกายภาพ หากระบบควอนตัมสามารถวัดได้ และมีปฏิสัมพันธ์กับสิ่งแวดล้อมในลักษณะที่ทราบ การวัดระบบนั้นสามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งแวดล้อมได้ ในทางทฤษฎีเทคโนโลยีเซนเซอร์ ดังกล่าว จะมีความแม่นยำจำกัดเฉพาะหลักการความไม่แน่นอนเท่านั้น^{[ 1 ]} สาขาการตรวจจับควอนตัมเกี่ยวข้องกับการออกแบบและวิศวกรรมของระบบและการวัดทางกลศาสตร์ควอนตัมที่มีศักยภาพในการทำงานที่ดีกว่ากลยุทธ์แบบคลาสสิกใดๆ ในการใช้งานทางเทคโนโลยีหลายด้าน^{[ 2 ]}ในบรรดาระบบทางกลศาสตร์ควอนตัมที่หลากหลายที่สามารถใช้เป็นเซนเซอร์ควอนตัมได้ ส่วนใหญ่สามารถจำแนกได้เป็นระบบโฟตอนิก^{[ 3 ]}หรือระบบโซลิดสเตต^{[ 4 ]}

ในโฟโตนิกส์และควอนตัมออปติกส์การตรวจจับควอนตัมด้วยโฟโตนิกส์ใช้ประโยชน์ จาก การพันกัน โฟตอนเดี่ยว และสถานะบีบอัดเพื่อทำการวัดที่แม่นยำอย่างยิ่ง การตรวจจับด้วยแสงใช้ประโยชน์จากระบบควอนตัมที่เปลี่ยนแปลงได้อย่างต่อเนื่อง เช่น ระดับความเป็นอิสระที่แตกต่างกันของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า โหมดการสั่นของของแข็ง และคอนเดนเซตโบส-ไอน์สไตน์ [ ^{5 ] ระบบ}ควอนตัมเหล่านี้สามารถตรวจสอบเพื่อระบุลักษณะการเปลี่ยนแปลงที่ไม่ทราบระหว่างสถานะควอนตัมสองสถานะ มีหลายวิธีในการปรับปรุง การ ส่องสว่างควอนตัม ของเซ็นเซอร์โฟโต นิกส์ของเป้าหมาย ซึ่งถูกนำมาใช้เพื่อปรับปรุงการตรวจจับสัญญาณอ่อนโดยใช้ความสัมพันธ์ควอนตัม^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

เซนเซอร์ควอนตัมมักสร้างขึ้นบนระบบที่เปลี่ยนแปลงได้อย่างต่อเนื่อง กล่าวคือ ระบบควอนตัมที่มีลักษณะเฉพาะด้วยระดับความเป็นอิสระอย่างต่อเนื่อง เช่น ตำแหน่งและโมเมนตัมควอดราเจอร์ กลไกการทำงานพื้นฐานโดยทั่วไปอาศัยสถานะทางแสง ซึ่งมักเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติทางกลศาสตร์ควอนตัม เช่น การบีบอัดหรือการพัวพันแบบสองโหมด^{[ 3 ]}สถานะเหล่านี้มีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพที่ตรวจจับได้โดยการวัดแบบอินเตอร์เฟอโรเมตริก^{[ 5 ]}

การตรวจจับควอนตัมยังสามารถนำไปใช้ในพื้นที่ที่ไม่ใช่โฟตอนิก เช่นคิวบิตสปิน^{ไอออนที่ถูกดักจับ คิวบิตฟลักซ์ [ 4 ] และอนุภาคนาโน [ 11 ]}ระบบเหล่านี้สามารถ^{เปรียบเทียบได้}ตามลักษณะทาง^{กายภาพที่พวก}มันตอบสนอง ตัวอย่างเช่น ไอออนที่ถูกดักจับจะตอบสนองต่อสนามไฟฟ้า ในขณะที่ระบบสปินจะตอบสนองต่อสนามแม่เหล็ก^{[ 4 ]}ไอออนที่ถูกดักจับมีประโยชน์ในระดับการเคลื่อนที่แบบควอนตัมซึ่งเชื่อมโยงกับสนามไฟฟ้าอย่างแน่นหนา มีการเสนอให้ใช้ไอออนเหล่านี้เพื่อศึกษาเสียงรบกวนของสนามไฟฟ้าเหนือพื้นผิว^{[ 12 ]}และเมื่อเร็ว ๆ นี้ ใช้ในเซ็นเซอร์การหมุน^{[ 13 ]}

ในฟิสิกส์ของของแข็ง เซ็นเซอร์ควอนตัมคืออุปกรณ์ควอนตัมที่ตอบสนองต่อสิ่งเร้า โดยปกติแล้วหมายถึงเซ็นเซอร์ที่มีระดับพลังงานควอนตัมใช้ความสอดคล้องควอนตัมหรือการพัวพันเพื่อปรับปรุงการวัดให้ดีขึ้นกว่าที่ทำได้ด้วยเซ็นเซอร์แบบคลาสสิก^{[ 4 ]}มีเกณฑ์สี่ประการสำหรับเซ็นเซอร์ควอนตัมของของแข็ง: ^{[ 4 ]}

1. ระบบจะต้องมีระดับพลังงานที่แยกจากกันและสามารถแยกแยะได้
2. สามารถตั้งค่าเซ็นเซอร์ให้อยู่ในสถานะที่ทราบแล้ว และสามารถอ่านค่าสถานะของเซ็นเซอร์ได้
3. เซ็นเซอร์สามารถถูกควบคุมได้อย่างสอดคล้องกัน
4. เซ็นเซอร์จะโต้ตอบกับปริมาณทางกายภาพและแสดงการตอบสนองต่อปริมาณนั้น

เซ็นเซอร์ควอนตัมมีการใช้งานในหลากหลายสาขา รวมถึงกล้องจุลทรรศน์ ระบบกำหนดตำแหน่ง เทคโนโลยีการสื่อสาร เซ็นเซอร์สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก^{[ 4 ]}อุปกรณ์วัดจำนวนมากใช้คุณสมบัติควอนตัมเพื่อตรวจสอบการวัด เช่นนาฬิกาอะตอมเครื่องรับวิทยุอะตอมอุปกรณ์รบกวนควอนตัมตัวนำยิ่งยวดและสเปกโทรสโกปีเรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์^{[ 4 ] [ 14 ]}ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีใหม่ ๆ ระบบควอนตัมแต่ละระบบสามารถใช้เป็นอุปกรณ์วัดได้ โดยใช้การพัวพันการซ้อนทับการรบกวน และการบีบอัดเพื่อเพิ่มความไวและเหนือกว่าประสิทธิภาพของกลยุทธ์แบบคลาสสิก

ตัวอย่างที่ดีของเซนเซอร์ควอนตัมยุคแรกคือโฟโตไดโอดแบบอะวาแลนซ์ (APD) APD ถูกนำมาใช้ในการตรวจจับโฟ ตอนที่พันกัน ด้วยการระบายความร้อนเพิ่มเติมและการปรับปรุงเซนเซอร์ สามารถนำมาใช้แทนที่หลอดโฟโตมัลติพลายเออร์ (PMT) ในด้านต่างๆ เช่น การถ่ายภาพทางการแพทย์ APD ในรูปแบบของอาร์เรย์แบบเรียงซ้อน 2 มิติและ 3 มิติ สามารถใช้ทดแทนเซนเซอร์แบบดั้งเดิมที่ใช้ไดโอดซิลิคอน ได้โดยตรง ^{[ 15 ]}

สำนักงานวิจัยโครงการขั้นสูงด้านการป้องกันประเทศของสหรัฐอเมริกา(DARPA) ได้เริ่มโครงการวิจัยเกี่ยวกับเซ็นเซอร์ควอนตัมเชิงแสงที่มุ่งแสวงหาการใช้แนวคิดจากการวัดเชิงควอนตัมและการสร้างภาพเชิงควอนตัม^{เช่น ลิโทกราฟีเชิงควอนตัมและสถานะ NOON [} 16 ]เพื่อให้บรรลุ^{เป้าหมายเหล่า}นี้ด้วยระบบเซ็นเซอร์เชิงแสง เช่นไลดาร์ [ ^{6 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] สหรัฐอเมริกา}พิจารณาว่าการตรวจจับเชิงควอนตัมเป็นเทคโนโลยีควอนตัมที่พัฒนามากที่สุดสำหรับการใช้งานทางทหาร โดยในทางทฤษฎีแล้วสามารถใช้แทนGPS ในพื้นที่ที่ไม่มีสัญญาณครอบคลุม หรืออาจทำงานร่วมกับ ความสามารถ ISRหรือตรวจจับเรือดำน้ำหรือโครงสร้างหรือยานพาหนะใต้ดิน รวมถึงวัสดุนิวเคลียร์ได้^{[ 20 ]}

สำหรับระบบโฟตอนิกส์ พื้นที่การวิจัยในปัจจุบันพิจารณาถึงโปรโตคอลการป้อนกลับและการปรับตัว นี่เป็นพื้นที่การวิจัยที่กำลังดำเนินการอยู่ในการจำแนกและการประมาณค่าการสูญเสียโบซอนิก^{[ 21 ]}

การฉีดแสงบีบอัดเข้าไปในอินเตอร์เฟอโรเมตรช่วยให้มีความไวสูงขึ้นต่อสัญญาณอ่อนที่ไม่สามารถตรวจจับได้ด้วยวิธีคลาสสิก^{[ 1 ]}การประยุกต์ใช้การตรวจจับควอนตัมในทางปฏิบัติเกิดขึ้นได้ในการตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วง^{[ 22 ]}เครื่องตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วงเช่นLIGOใช้แสงบีบอัดเพื่อวัดสัญญาณที่ต่ำกว่า ขีดจำกัดควอนตั มมาตรฐาน^{[ 23 ]}แสงบีบอัดยังถูกใช้เพื่อตรวจจับสัญญาณที่ต่ำกว่าขีดจำกัดควอนตัมมาตรฐานใน เซนเซอร์ พลาสมอนิกและกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม^{[ 24 ]}

การตรวจจับควอนตัมยังมีศักยภาพในการเอาชนะข้อจำกัดด้านความละเอียด ซึ่งปัญหาปัจจุบันของการแยกแยะความแตกต่างระหว่างความถี่ใกล้เคียงสองความถี่ที่หายไปสามารถแก้ไขได้โดยการทำให้สัญญาณรบกวนการฉายภาพหายไป^{[ 25 ] [ 26 ]}สัญญาณรบกวนการฉายภาพที่ลดลงมีการประยุกต์ใช้โดยตรงในโปรโตคอลการสื่อสารและนาโนนิวเคลียร์แมกเนติกเรโซแนนซ์^{[ 27 ] [ 28 ]}

การพันกันสามารถนำมาใช้เพื่อปรับปรุงนาฬิกาอะตอม ที่มีอยู่ ^{[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]}หรือสร้างเครื่องวัดสนามแม่เหล็กที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงมากขึ้น^{[ 32 ] [ 33 ]}

เรดาร์ควอนตัมเป็นพื้นที่วิจัยที่กำลังได้รับความสนใจอย่างมาก เรดาร์แบบคลาสสิกในปัจจุบันสามารถตรวจสอบช่องเป้าหมายได้หลายช่อง ในขณะที่เรดาร์ควอนตัมถูกจำกัดไว้ที่โพลาไรเซชันหรือช่วงเดียว^{[ 34 ]}เรดาร์ควอนตัมหรือเครื่องส่องสว่างควอนตัมต้นแบบที่ใช้ไมโครเวฟควอนตัมที่พันกันสามารถตรวจจับวัตถุที่มีการสะท้อนต่ำที่อุณหภูมิห้องได้ ซึ่งอาจเป็นประโยชน์สำหรับระบบเรดาร์ที่ดีขึ้น เครื่องสแกนรักษาความปลอดภัย และระบบการถ่ายภาพทางการแพทย์^{[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}

ในการถ่ายภาพระบบประสาทเครื่องสแกนสมองควอนตัมเครื่องแรกใช้การถ่ายภาพด้วยสนามแม่เหล็กและอาจกลายเป็นวิธีการสแกนสมองทั้งระบบแบบใหม่^{[ 38 ] [ 39 ]}

เครื่องวัดความลาดชันของแรงโน้มถ่วงควอนตัมที่สามารถใช้ในการทำแผนที่และสำรวจใต้ดินก็อยู่ระหว่างการพัฒนาเช่นกัน^{[ 40 ] [ 41 ]}

• มาตรวิทยาควอนตัม  – การประยุกต์ใช้การพัวพันควอนตัมในการวัดที่มีความแม่นยำสูง
• เข็มทิศควอนตัม  – ระบบที่ใช้หลักการของอะตอมในการกำหนดตำแหน่งสัมพัทธ์