В этой статье мы обсудим типы технологий квантового зондирования, их влияние на производство и направление развития этой области. Хотите верьте, хотите нет, но квантовое зондирование — это область технологий, которая существует уже более 50 лет и в настоящее время широко используется в таких лазерах, как лидар, магнитно-резонансная томография (МРТ) и фотоэлектрических элементах.
Хотя общество уже пользуется преимуществами этих технологий, они не так хорошо известны, как широко обсуждаемые квантовые вычисления и квантовые коммуникации. Часто упоминаемое «квантовое преимущество» относится к способности квантовых компьютеров решать проблемы за очень короткие периоды времени, делая возможными ранее непрактичные и сложные проблемы. Квантовые коммуникации часто обсуждаются в контексте кибербезопасности. Обе области быстро растут, но до повсеместного распространения еще несколько лет.
Основными подходами к квантовому зондированию являются фотоника и твердотельные системы. Фотоника занимается манипулированием светом различными способами, в то время как твердотельные системы имеют дело с датчиками, которые находятся в известном квантовом состоянии, которое изменяется в результате взаимодействия со стимулом (то, что вы хотите измерить). В рамках этих подходов технологии квантового зондирования делятся на пять различных категорий и имеют взаимодополняющие преимущества.
(1) Квантовая визуализация- использование квантового лидара/радара для обнаружения движущихся или скрытых объектов, наиболее известной областью применения которого является национальная оборона.
(2) Квантовые электромагнитные датчики- Эти датчики измеряют динамические электромагнитные поля, используя вакансионные центры азота, атомные пары и сверхпроводящие цепи. Они также используются в оборонной сфере, а также в здравоохранении, например, при МРТ.
(3) Гравиметры& Gрадиометры- Они измеряют силу и изменение гравитационного поля соответственно. Текущие приложения включают геофизические явления в недрах и в основном используются в энергетическом секторе для поиска резервуаров.
(4) Термометры& Bарометры (MизмерениеTтемпература& AатмосферныйPдавление,Rсоответственно)- эти специализированные инструменты гораздо более чувствительны, чем те, которые обычно используются, и достигают более высокой точности в критически важных приложениях, таких как подводные лодки или самолеты, за счет использования облаков холодных атомов и сверхпроводящих квантовых интерфейсных устройств.
(5) КонкретныеSзондированиеAприложенияWэтоQвантумCвычисления илиCкоммуникации илиA CсочетаниеBдругое- эти приложения нуждаются в дальнейшем развитии по мере развития квантовых вычислений и технологий связи.
Первоначально технология квантового зондирования использовалась в продуктах, которые мы обычно видим сегодня, таких как цифровые камеры. Следующее поколение технологий квантового зондирования, которое станет коммерчески доступным, принесет производителям выгоду по ряду причин: обеспечивая чрезвычайно высокую чувствительность в измерениях, где требуется точность и достоверность, а также благодаря регулярному появлению новых вариантов использования в аэрокосмической, биомедицинской и химической промышленности. , автомобильная и телекоммуникационная отрасли. Это возможно, потому что эти датчики используют квантовые свойства систем для измерения небольших физических изменений и особенностей в этих системах.
Следующее поколение технологий квантового зондирования будет меньше, легче и экономичнее, чем его предшественник, и предлагает невероятно высокое разрешение измерений по сравнению с традиционными сенсорными технологиями. Первые варианты использования включают измерения контроля качества высококачественных продуктов путем выявления крошечных дефектов, строгие измерения прецизионных продуктов и неразрушающий контроль путем измерения того, что скрыто под поверхностью.
Текущие препятствия на пути внедрения технологий квантового зондирования следующего поколения включают затраты и время на разработку, что может задержать их внедрение во всей отрасли. Другие проблемы включают интеграцию новых датчиков с существующими системами данных и стандартизацию в отрасли — проблемы, которые отражают многие проблемы внедрения и ассимиляции новых технологий. Отрасли, которые менее чувствительны к ценам и получат наибольшую выгоду, возьмут на себя инициативу. Как только оборонная, биотехнологическая и автомобильная промышленность продемонстрируют применение и бизнес-обоснование этих чувствительных технологий, по мере развития и масштабирования технологии появятся дополнительные варианты использования. Методы и приемы измерения с более высоким разрешением станут еще более важными, поскольку обрабатывающая промышленность внедряет новые технологии для повышения точности и гибкости без ущерба для качества или производительности.
Важно сосредоточиться на преимуществах, которые могут быть реализованы путем объединения других ведущих технологий с квантовым зондированием, таких как беспроводные сети. Отрасли, связанные с обрабатывающей промышленностью, такие как строительство и горнодобывающая промышленность, также выиграют. Если технологии позволят сделать эти датчики достаточно маленькими и дешевыми, они потенциально могут проникнуть и в ваш смартфон.
Время публикации: 30 января 2024 г.