超导量子干涉器（SQUID）是在1个超导环中插入1个或2个约瑟夫森结构成的两端子磁通敏感器件。典型磁测系统的SQUID磁通噪声可低至10^-6Φ₀/赫兹^1/2（Φ₀=2.07×10^-15韦伯，为磁通量子），超导环在纳米尺度的Nano-SQUID磁通噪声可达10^-9Φ₀/赫兹^1/2。通过使用磁通变换器，SQUID可以测量磁场、磁梯度以及电压、电流、电阻、位移、加速度、角速度、重力、重力梯度等多种可以转化为磁通的物理量。典型磁场、电压、电流和电阻测量噪声为10^-15特斯拉/赫兹^1/2、10^-14伏特/赫兹^1/2、10^-12安培/赫兹^1/2和10^-12欧姆/赫兹^1/2。

SQUID主要分为射频超导量子干涉器（又称RF SQUID，含1个约瑟夫森结）和直流超导量子干涉器（又称DC SQUID，含2个完全相同的约瑟夫森结），两者的工作原理和信号读出方法不尽相同。早期由于两个等同的约瑟夫森结制备极为困难，因而基于超导体材料的SQUID多为RF SQUID。20世纪80年代，高温超导（陶瓷超导）问世，由于材料成分复杂，各向异性强，相干长度极短，材料加工难度大，一般也多用RF SQUID。RF SQUID的超导环与一个LC谐振电路（电感L、电容C）通过互感耦合，并在谐振电路两端读取RF SQUID信号，谐振电路的谐振频率从几十至几百兆赫兹量级。RF SQUID的物理机理以及读出电路相对复杂，随着超导薄膜以及半导体集成电路平面工艺被用于SQUID制备，约瑟夫森结制备技术日益成熟，DC SQUID成为主流。

从超导材料和使用温度的角度来划分，SQUID主要包括工作于液氦温度的低温超导SQUID（LTS SQUID)和工作于液氮温度的高温超导SQUID（HTS SQUID)。主流低温超导SQUID使用极为稳定的Nb/AlO_x/Nb约瑟夫森结，已经步入成熟应用。NbN/AlN/NbN约瑟夫森结制备技术取得了很大的进步，由于NbN超导转变温度约为16开，显著高于Nb（约为9开），温度和气压等波动对器件性能影响更小，NbN SQUID有望用于更高工作温度，或在液氦温度和杜瓦内部气压波动较大的应用环境中体现优势（如航空超导地球物理探测系统）。高温超导SQUID主要使用YBa₂Cu₃O_7-x超导材料，经历了从双晶结到台阶结以及从RF SQUID到DC SQUID的演化。基于台阶结的高温超导DC SQUID成为主流。高温超导SQUID使用液氮，使用成本大幅降低。虽然高温超导SQUID性能和低温超导SQUID相比还存在明显差距，但由于液氮低噪声杜瓦真空隔热夹层可以做得更薄，超导探头可以更加接近被测量物体，所以在某些测量中可以获得和低温超导SQUID相当的信噪比，对于生物医学应用如研制生物磁图仪具有重要意义。由于约瑟夫森结制备良品率、重复性、一致性以及在潮湿环境中器件可靠性等方面的原因，高温超导SQUID的应用规模和低温超导SQUID相比还存在一定差距。基于氦离子加工制备约瑟夫森结技术取得显著进展，有望促进高温超导SQUID的发展与应用。

以基于Nb/AlO_x/Nb约瑟夫森结的LTS DC SQUID为例，其工作原理如图所示。

LTS DC SQUID工作原理图

图a中圆环代表超导环，×代表约瑟夫森结，Φ代表环中的磁通。直流偏置电流I_b在DC SQUID两端产生电压V_out（一般I_b略高于SQUID的临界电流2I₀@nΦ₀）。图b中SQUID的I-V特性曲线随穿过超导环的磁通呈现周期性变化。图c中磁通-电压曲线，可将工作点选择在曲线斜率最大处（W点），以得到最大的磁通-电压转换系数。图d中待测的磁通变化ΔΦ，通过磁通锁定环（flux locked loop; FLL）读出电路产生一个等量的负反馈磁通（-ΔΦ） 进入SQUID超导环，从而使得SQUID的超导环维持在零磁通变化状态（∑ΔΦ≡0)，此时FLL输出端电压ΔV_out将和待测磁通变化ΔΦ成正比。通过FLL的读出，方便后续信号的放大、采集、处理、存储等操作，组成更加实用的传感器系统。对于小信号测量（ΔΦΦ₀/4)，有时也可以直接通过“磁通-电压”曲线（图c）读出待测的磁通变化。

读出电路是SQUID系统不可分割的组成部分。典型DC SQUID的磁通噪声约为10^-6Φ₀/赫兹^1/2，典型磁通电压转换系数为100微伏/Φ₀，等效电压噪声约为0.1×10^-9伏特/赫兹^1/2，低于典型运算放大器噪声一个数量级。为充分发挥SQUID低噪声优势，减少读出电路噪声是件困难而又必须的工作。为此已经发展了磁通调制读出电路、附加正反馈读出电路、噪声抵消读出电路、多级SQUID读出电路等。对于实际应用系统，需要在器件性能和系统性能之间寻求平衡，包括鲁棒性和操作复杂度等，直接读出也常被采纳。

SQUID起源于20世纪60年代。21世纪20年代初，其在基础研究（如广义相对论研究、暗物质探测、超导量子比特测量)、科研仪器（如材料物理性能测试）、生命科学与医疗仪器（如心磁图、胎儿心磁图、脑磁图、肠胃磁图、神经磁图等生物磁功能成像以及极低场磁共振成像）、地质学（如岩石磁化率测量）、地球物理探测（如地面和航空重力、磁场、磁场梯度、电磁场测量）、国防科技（如磁异常测量）等领域获得大量应用。