W tym artykule omówimy rodzaje technologii czujników kwantowych, ich wpływ na produkcję oraz przyszłość tej dziedziny. Choć trudno w to uwierzyć, czujniki kwantowe to dziedzina technologii istniejąca od ponad 50 lat i obecnie szeroko stosowana w laserach, takich jak LIDAR, obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) i ogniwach fotowoltaicznych.
Chociaż społeczeństwo korzysta już z dobrodziejstw tych technologii, nie są one tak dobrze znane, jak szeroko dyskutowane komputery kwantowe i komunikacja kwantowa. Często cytowana „przewaga kwantowa” odnosi się do zdolności komputerów kwantowych do rozwiązywania problemów w bardzo krótkim czasie, co sprawia, że wcześniej niepraktyczne i złożone problemy stają się wykonalne. Komunikacja kwantowa jest często omawiana w kontekście cyberbezpieczeństwa. Obie dziedziny dynamicznie się rozwijają, ale wciąż brakuje im kilku lat, aby stały się wszechobecne.
Główne podejścia do czujników kwantowych to fotonika i układy półprzewodnikowe. Fotonika zajmuje się manipulacją światłem na różne sposoby, podczas gdy układy półprzewodnikowe wykorzystują czujniki, które znajdują się w znanym stanie kwantowym, zmieniającym się w wyniku interakcji z bodźcem (który chcemy zmierzyć). W ramach tych podejść technologie czujników kwantowych dzielą się na pięć różnych kategorii i mają wzajemnie uzupełniające się mocne strony.
(1) Obrazowanie kwantowe- zastosowanie lidaru/radaru kwantowego do wykrywania ruchomych lub ukrytych obiektów, przy czym najbardziej znanym obszarem zastosowania jest obrona narodowa.
(2) Kwantowe czujniki elektromagnetyczne- Czujniki te mierzą dynamiczne pola elektromagnetyczne za pomocą centrów wakatów azotowych, par atomowych i obwodów nadprzewodzących. Są one również wykorzystywane w zastosowaniach obronnych, ale także w opiece zdrowotnej, na przykład w rezonansie magnetycznym.
(3) Grawimetry& Gradiometry– Mierzą odpowiednio siłę i zmienność pola grawitacyjnego. Obecnie znajdują zastosowanie w badaniach zjawisk geofizycznych pod powierzchnią ziemi i są wykorzystywane głównie w sektorze energetycznym do wyszukiwania złóż.
(4) Termometry& Barometry (MpomiarTtemperatura& AatmosferycznyPuspokoić,R(odpowiednio)- te specjalistyczne narzędzia są o wiele bardziej czułe od tych powszechnie stosowanych i osiągają większą dokładność w krytycznych zastosowaniach, takich jak okręty podwodne czy samoloty, dzięki wykorzystaniu zimnych chmur atomów i nadprzewodzących urządzeń interfejsu kwantowego.
(5) KonkretnySczułośćAaplikacjeWzQuantumCobliczenia lubCkomunikacja lubA CpołączenieBinne- aplikacje te muszą być dalej rozwijane w miarę rozwoju technologii obliczeń kwantowych i komunikacji.
Początkowo technologia czujników kwantowych była wykorzystywana w powszechnie spotykanych dziś produktach, takich jak aparaty cyfrowe. Nowa generacja technologii czujników kwantowych, która wejdzie na rynek, przyniesie producentom szereg korzyści: zapewni niezwykle wysoką czułość pomiarów wymagających precyzji i dokładności oraz umożliwi regularne pojawianie się nowych zastosowań w przemyśle lotniczym, biomedycznym, chemicznym, motoryzacyjnym i telekomunikacyjnym. Jest to możliwe, ponieważ czujniki te wykorzystują właściwości kwantowe systemów do pomiaru niewielkich zmian fizycznych i cech tych systemów.
Nowa generacja technologii czujników kwantowych została zaprojektowana tak, aby była mniejsza, lżejsza i bardziej ekonomiczna niż jej poprzedniczka, oferując przy tym niezwykle wysoką rozdzielczość pomiaru w porównaniu z tradycyjnymi technologiami czujników. Wczesne zastosowania obejmują pomiary kontroli jakości produktów wysokiej jakości poprzez identyfikację drobnych defektów, rygorystyczne pomiary produktów precyzyjnych oraz badania nieniszczące poprzez pomiar tego, co ukryte pod powierzchnią.
Obecne bariery utrudniające wdrażanie technologii czujników kwantowych nowej generacji obejmują koszty i czas rozwoju, co może opóźnić ich wdrożenie w całej branży. Inne wyzwania obejmują integrację nowych czujników z istniejącymi systemami danych oraz standaryzację w branży – kwestie, które odzwierciedlają wiele wyzwań związanych z wdrażaniem i asymilacją nowych technologii. Branże, które są mniej wrażliwe na cenę i odniosą największe korzyści, przejmą inicjatywę. Gdy przemysł obronny, biotechnologiczny i motoryzacyjny zademonstrują zastosowania i uzasadnienia biznesowe dla tych wrażliwych technologii, pojawią się kolejne, wraz z rozwojem i skalowaniem technologii. Metody i techniki pomiaru o wyższej rozdzielczości staną się jeszcze ważniejsze, ponieważ przemysł wytwórczy będzie wdrażał nowe technologie w celu zwiększenia dokładności i elastyczności bez utraty jakości i wydajności.
Ważne jest, aby skupić się na korzyściach, jakie można osiągnąć łącząc inne wiodące technologie z czujnikami kwantowymi, takie jak sieci bezprzewodowe. Skorzysta na tym również przemysł wytwórczy, taki jak budownictwo i górnictwo. Jeśli technologia pozwoli na opracowanie czujników o odpowiednio małych rozmiarach i niskim koszcie, potencjalnie mogą one znaleźć zastosowanie również w smartfonach.
Czas publikacji: 30 stycznia 2024 r.