传感技术重大突破：在室温下实现超过100纳秒的量子相干性【附传感器技术赛道观察图谱】

瞻观前沿

在《科学进展》上发表的一项研究中，由九州大学工程学院 Nobuhiro Yanai 副教授领导的一组研究人员与九州大学 Kiyoshi Miyata 副教授和神户大学 Yasuhiro Kobori 教授合作，报告称他们已经实现了量子相干性在室温下：量子系统随着时间的推移保持明确状态而不受周围扰动影响的能力。这一突破是通过将发色团(一种吸收光并发射颜色的染料分子)嵌入金属有机框架(MOF)(一种由金属离子和有机配体组成的纳米多孔晶体材料)中实现的。

他们的发现标志着量子计算和传感技术的重大进步。虽然量子计算被定位为计算技术的下一个重大进步，但量子传感是一种利用量子比特(经典计算中比特的量子类似物，可以以0和1的叠加形式存在)的量子力学特性的传感技术。

可以采用各种系统来实现量子位，其中一种方法是利用电子的本征自旋(一种与粒子磁矩相关的量子特性)。电子有两种自旋态：向上自旋和向下自旋。基于自旋的量子位可以以这些状态的组合存在，并且可以“纠缠”，从而允许从一个量子位的状态推断出另一个量子位的状态。

为了抑制分子运动并实现室温量子相干，研究人员在UiO型MOF中引入了一种基于并五苯(由五个线性稠合苯环组成的多环芳烃)的发色团。Yanai说：“这项工作中的MOF是一个独特的系统，可以密集地积累发色团。此外，晶体内部的纳米孔使发色团能够旋转，但角度非常有限。”。

MOF结构促进了并五苯单元中的足够运动，以允许电子从三重态转变为五重态，同时也充分抑制了室温下的运动，以保持五重多激子态的量子相干性。通过用微波脉冲光激发电子，研究人员可以在室温下观察到该状态的量子相干性超过100纳秒。“这是纠缠五重奏的第一个室温量子相干性，”兴奋的Kobori说道。

虽然相干只观察到了纳秒，但这些发现将为设计在室温下产生多个量子位的材料铺平道路。Yanai推测：“通过寻找能够诱导更多这种抑制运动的客体分子，并开发合适的MOF结构，未来将有可能更有效地产生五态多激子态量子位。”“这可以为基于多种目标化合物的多量子门控制和量子传感的室温分子量子计算打开大门。”

图片来源：摄图网

技术价值观察

从传感器产业链上下游来看，上游主要包括各类传感器制造所需原材料的供应，常规材料包括半导体材料、陶瓷材料、金属材料以及有机化工材料等;产业链中游主要是各类传感器的制造和封装等，从传感器种类来看，具体包括压力传感器、图像传感器、光传感器以及温度和湿度传感器的生产制造;在下游应用市场，传感器广泛的应用于通讯电子、消费电子、工业、汽车电子、智慧农业、环境监测、安全保卫、医疗诊断、交通运输、智能家居、机器人技术等众多领域。

研究人员通过在金属有机框架内嵌入吸光发色团，在室温下实现了量子相干性，标志着传感技术重大进步。因此，从传感器产业链上看，该技术处于产业链的上游环节，对原材料供应产生较大影响。

宏观市场观察

——全球传感器行业专利市场价值

目前，全球传感器行业专利总价值为1170.21亿美元。其中，3万美元以下的传感器专利申请数量最多，为71.61万项;其次是3万-30万美元的传感器专利，合计专利申请量为25.79万项。3百万美元以上的传感器专利申请数量最少，为4329项。

——全球传感器技术焦点：十大热门

全球传感器前十大热门技术词包括控制系统、固定座、生物传感器、控制面板、自动化、监测装置、计算机、监测系统、机器人等。进一步细分来看，传感器技术热门词包括气体传感器、控制器、光电传感器、压力传感器等。具体情况如下：

——传感器下游应用多样

作为一种无线感应与检测装置，传感器行业主要应用领域包括消费电子、工业电子、汽车电子、医疗、环境保护、航空航天等。

其中压力传感器、温度传感器、流量传感器、水平传感器已表现出成熟市场的特征。流量传感器、压力传感器、温度传感器的市场规模最大，分别占到整个传感器市场的21%、19%和14%。

——预计2026年市场规模超7000亿元

根据赛迪顾问对中国传感器行业市场规模的测算，2016-2019年，中国智能传感器行业市场规模CAGR约为16.4%，随着我国3C电子、新能源汽车等领域对传感器需求的愈加旺盛和未来下游市场的高速发展，前瞻产业研究院预计未来五年传感器制造行业CAGR将达到19%，预计2026年中国传感器行业市场规模将达到7082亿元。

中国传感器技术赛道热力图

根据前瞻产业热力图显示，与传感器关键技术强关联的城市集群主要集中在西北和华东地区，并且以陕西、江苏省为重点发展区域，未来布局传感器发展路径，极大可能性在于西北和华东地区优先导入，其中可重点关注陕西省西安市雁塔区、江苏省无锡市新吴区、湖南省长沙市开福区所处的传感器相关企业，以及该地方对于传感器产业的发展投资环境、供给市场的潜力空间。

前瞻经济学人APP资讯组

更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国传感器制造行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》。

同时前瞻产业研究院还提供产业大数据、产业研究报告、产业规划、园区规划、产业招商、产业图谱、智慧招商系统、行业地位证明、IPO咨询/募投可研、IPO工作底稿咨询等解决方案。在招股说明书、公司年度报告等任何公开信息披露中引用本篇文章内容，需要获取前 瞻产业研究院的正规授权。

更多深度行业分析尽在【前瞻经济学人APP】，还可以与500+经济学家/资深行业研究员交流互动。