瞻觀前沿

在《科學進展》上發(fā)表的一項研究中，由九州大學工程學院 Nobuhiro Yanai 副教授領導的一組研究人員與九州大學 Kiyoshi Miyata 副教授和神戶大學 Yasuhiro Kobori 教授合作，報告稱他們已經(jīng)實現(xiàn)了量子相干性在室溫下：量子系統(tǒng)隨著時間的推移保持明確狀態(tài)而不受周圍擾動影響的能力。這一突破是通過將發(fā)色團(一種吸收光并發(fā)射顏色的染料分子)嵌入金屬有機框架(MOF)(一種由金屬離子和有機配體組成的納米多孔晶體材料)中實現(xiàn)的。

他們的發(fā)現(xiàn)標志著量子計算和傳感技術的重大進步。雖然量子計算被定位為計算技術的下一個重大進步，但量子傳感是一種利用量子比特(經(jīng)典計算中比特的量子類似物，可以以0和1的疊加形式存在)的量子力學特性的傳感技術。

可以采用各種系統(tǒng)來實現(xiàn)量子位，其中一種方法是利用電子的本征自旋(一種與粒子磁矩相關的量子特性)。電子有兩種自旋態(tài)：向上自旋和向下自旋?；谧孕牧孔游豢梢砸赃@些狀態(tài)的組合存在，并且可以糾纏，從而允許從一個量子位的狀態(tài)推斷出另一個量子位的狀態(tài)。

為了抑制分子運動并實現(xiàn)室溫量子相干，研究人員在UiO型MOF中引入了一種基于并五苯(由五個線性稠合苯環(huán)組成的多環(huán)芳烴)的發(fā)色團。Yanai說：這項工作中的MOF是一個獨特的系統(tǒng)，可以密集地積累發(fā)色團。此外，晶體內部的納米孔使發(fā)色團能夠旋轉，但角度非常有限。。

MOF結構促進了并五苯單元中的足夠運動，以允許電子從三重態(tài)轉變?yōu)槲逯貞B(tài)，同時也充分抑制了室溫下的運動，以保持五重多激子態(tài)的量子相干性。通過用微波脈沖光激發(fā)電子，研究人員可以在室溫下觀察到該狀態(tài)的量子相干性超過100納秒。這是糾纏五重奏的第一個室溫量子相干性，興奮的Kobori說道。

雖然相干只觀察到了納秒，但這些發(fā)現(xiàn)將為設計在室溫下產生多個量子位的材料鋪平道路。Yanai推測：通過尋找能夠誘導更多這種抑制運動的客體分子，并開發(fā)合適的MOF結構，未來將有可能更有效地產生五態(tài)多激子態(tài)量子位。這可以為基于多種目標化合物的多量子門控制和量子傳感的室溫分子量子計算打開大門。

圖片來源：攝圖網(wǎng)

技術價值觀察

從傳感器產業(yè)鏈上下游來看，上游主要包括各類傳感器制造所需原材料的供應，常規(guī)材料包括半導體材料、陶瓷材料、金屬材料以及有機化工材料等;產業(yè)鏈中游主要是各類傳感器的制造和封裝等，從傳感器種類來看，具體包括壓力傳感器、圖像傳感器、光傳感器以及溫度和濕度傳感器的生產制造;在下游應用市場，傳感器廣泛的應用于通訊電子、消費電子、工業(yè)、汽車電子、智慧農業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、安全保衛(wèi)、醫(yī)療診斷、交通運輸、智能家居、機器人技術等眾多領域。

研究人員通過在金屬有機框架內嵌入吸光發(fā)色團，在室溫下實現(xiàn)了量子相干性，標志著傳感技術重大進步。因此，從傳感器產業(yè)鏈上看，該技術處于產業(yè)鏈的上游環(huán)節(jié)，對原材料供應產生較大影響。

宏觀市場觀察

——全球傳感器行業(yè)專利市場價值

目前，全球傳感器行業(yè)專利總價值為1170.21億美元。其中，3萬美元以下的傳感器專利申請數(shù)量最多，為71.61萬項;其次是3萬-30萬美元的傳感器專利，合計專利申請量為25.79萬項。3百萬美元以上的傳感器專利申請數(shù)量最少，為4329項。

——全球傳感器技術焦點：十大熱門

全球傳感器前十大熱門技術詞包括控制系統(tǒng)、固定座、生物傳感器、控制面板、自動化、監(jiān)測裝置、計算機、監(jiān)測系統(tǒng)、機器人等。進一步細分來看，傳感器技術熱門詞包括氣體傳感器、控制器、光電傳感器、壓力傳感器等。具體情況如下：

——傳感器下游應用多樣

作為一種無線感應與檢測裝置，傳感器行業(yè)主要應用領域包括消費電子、工業(yè)電子、汽車電子、醫(yī)療、環(huán)境保護、航空航天等。

其中壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、水平傳感器已表現(xiàn)出成熟市場的特征。流量傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器的市場規(guī)模最大，分別占到整個傳感器市場的21%、19%和14%。

——預計2026年市場規(guī)模超7000億元

根據(jù)賽迪顧問對中國傳感器行業(yè)市場規(guī)模的測算，2016-2019年，中國智能傳感器行業(yè)市場規(guī)模CAGR約為16.4%，隨著我國3C電子、新能源汽車等領域對傳感器需求的愈加旺盛和未來下游市場的高速發(fā)展，產業(yè)研究院預計未來五年傳感器制造行業(yè)CAGR將達到19%，預計2026年中國傳感器行業(yè)市場規(guī)模將達到7082億元。

中國傳感器技術賽道熱力圖

根據(jù)產業(yè)熱力圖顯示，與傳感器關鍵技術強關聯(lián)的城市集群主要集中在西北和華東地區(qū)，并且以陜西、江蘇省為重點發(fā)展區(qū)域，未來布局傳感器發(fā)展路徑，極大可能性在于西北和華東地區(qū)優(yōu)先導入，其中可重點關注陜西省西安市雁塔區(qū)、江蘇省無錫市新吳區(qū)、湖南省長沙市開福區(qū)所處的傳感器相關企業(yè)，以及該地方對于傳感器產業(yè)的發(fā)展投資環(huán)境、供給市場的潛力空間。

經(jīng)濟學人APP資訊組

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標簽： 傳感器 量子 室溫 隨筆