NSF的激光干涉仪引力波观测站(LIGO)是超过40年基础研究和超过10亿美元投资的结果。在首次观测的一个世纪前，爱因斯坦就预言了引力波的存在，并于1981年首次提出利用压缩光来打破标准量子极限。在最初资助时，LIGO是NSF最大的单笔资助。从最初的投资到产生对引力波的观测，花了20多年的时间；这证明了持续和耐心管理的价值。迄今为止，已经有超过90次探测到由黑洞合并、黑洞-中子星合并和中子星碰撞产生的引力波事件。国际上正在努力建造更多基于地面的干涉仪，以及一个名为LISA的天基干涉仪。图中从左到右是使用压缩光探测引力波的早期示意图(a)，先进LIGO的四重钟摆悬挂系统(b)，在LIGO部署压缩光光路(c)，可以提醒手机引力波探测事件的应用程序(d)，世界各地现有和发展中的重力观测站的地图(e)。
量子光学领域也为超分辨率和非侵入性或低侵入性提供了成像的基础。这些概念可能为生物医学提供新型显微镜。单光子和光子数态探测器可以应用于DNA测序、酶活性跟踪、粒子物理学、暗物质搜索、量子网络协议和微光遥感，如高级激光雷达。
通过量子态层析成像、量子门集层析成像和量子过程层析成像的量子传感器可以阐明量子计算机原型和组件的行为。这些用于材料和器件的复杂探针可能会导致对超导量子比特、离子阱量子比特、金刚石NV色心以及固态材料中的其他设计杂质的更好理解。
5.原子电场传感器
原子电场传感器可以使用里德堡原子态作为换能器或量子天线，来测量从直流(0 Hz)到太赫兹(1012 Hz)的宽频率范围内的电磁场。太赫兹辐射的探测、信号处理和成像可以通过使用相干光谱学方法的光学读出来实现。这项技术为遥感和电测的新能力提供了机会，有可能扩大太赫兹范围内的新应用。此外，原子电场传感器提供了减小天线尺寸和改善射频滤波的机会。其他应用包括扩大蜂窝塔之间的距离，以及采集具有宽动态范围的信号。
面临什么挑战？又该如何克服？
量子传感可以说是量子技术中最成熟的子类别；相比之下，量子计算和量子网络处于早期的发展阶段。鉴于目前的情况，如果一些关键挑战能够克服，一些量子传感器有望在短期内对社会产生影响。
将量子传感器从概念验证设计带到可部署产品仍然需要克服许多障碍。首先，巨大的应用空间和潜在用户需求，使得人们很难专注于特定的应用或需求。此外，许多量子传感器的市场驱动力和商业价值仍在确定之中。因此，研发工作是分散的。与此同时，从基础研究到成功产品的漫长道路需要大量和持续的资金，通常需要几次协调推进。
鉴于不同用户群体的不同需求，应制定一项长期战略，使多个机构保持一致，并将私营部门利益相关者团结在一些特定应用和关键支持技术的开发上。对于任何一个机构、大学或公司都无法独自维持的研发工作来说，一个有凝聚力的、全系统的方法尤其重要。与私营部门进行更多协调，使量子技术更加高效成熟，这将得益于知识产权、收购、研究安全和适当伙伴关系的协调努力。
建议一：领导QIST研发的机构应该加快开发新的量子传感方法，并优先与最终用户建立适当的伙伴关系，以提高新量子传感器的技术成熟度。
面临的挑战：许多进行基础研究的科学家缺乏他们的工作最终可能被应用的广阔领域的专业知识。这包括熟悉当前(竞争性)技术以及在作战环境中部署传感器的严格要求。找到具有互补知识的专家和最终用户是一项挑战，而且回报可能需要很长的周期。这些时间可能与晋升和任期标准不一致，对新的联合项目缺乏方案资源或机构支持(据认为)会减缓进展。也很难预测实验和演示是否或何时会产生商业、科学相关的设备，或帮助机构完成任务。
建议：领导QIST研发的机构，如NIST、NSF、DOE、DOD、NASA和情报界，应该与量子传感器原型的潜在最终用户合作，共同测试、开发和传播最终用户应用的结果。该建议的目标是加速原型的基础研发、测试和利用。这些机构应该寻求与美国政府、产业界和学术界的最终用户建立适当的伙伴关系，这些用户可以应用量子技术来改进技术消费者实现各自目标或任务的方式。共同努力通过提供新的能力、先发优势和提高对新兴技术的认识而使最终用户受益。
建议二：使用传感器的机构应进行可行性研究，并与QIST研发领导人共同测试量子原型系统，以确定有前途的技术，并专注于解决其机构任务的量子传感器。
