В этой статье мы обсудим типы технологий квантового зондирования, их влияние на производство и перспективы развития этой области. Трудно поверить, но квантовое зондирование — это область технологий, которая существует уже более 50 лет и в настоящее время широко используется в лазерах, таких как лидары, магнитно-резонансной томографии (МРТ) и фотоэлектрических элементах.
Хотя общество уже пользуется преимуществами этих технологий, они не так известны, как широко обсуждаемые квантовые вычисления и квантовые коммуникации. Часто упоминаемое «квантовое преимущество» относится к способности квантовых компьютеров решать задачи в очень короткие сроки, делая ранее невыполнимые и сложные задачи осуществимыми. Квантовые коммуникации часто обсуждаются в контексте кибербезопасности. Обе области стремительно развиваются, но до повсеместного распространения им ещё несколько лет.
Основными подходами к квантовым датчикам являются фотоника и твердотельные системы. Фотоника занимается различными способами обработки света, в то время как твердотельные системы используют датчики, находящиеся в известном квантовом состоянии, которое изменяется в результате взаимодействия со стимулом (объектом измерения). В рамках этих подходов технологии квантовых датчиков подразделяются на пять различных категорий, обладающих взаимодополняющими преимуществами.
(1) Квантовая визуализация- использование квантового лидара/радара для обнаружения движущихся или скрытых объектов, при этом наиболее известной областью применения является национальная оборона.
(2) Квантовые электромагнитные датчикиЭти датчики измеряют динамические электромагнитные поля, используя азотные вакансии, атомные пары и сверхпроводящие цепи. Они также используются в оборонной промышленности, а также в здравоохранении, например, в МРТ.
(3) Гравиметры& Gрадиометры- Они измеряют напряжённость и вариацию гравитационного поля соответственно. В настоящее время они применяются, в частности, для изучения геофизических явлений в недрах и, в основном, в энергетическом секторе для поиска месторождений.
(4) Термометры& Bарометры (MизмерениеTтемпература& AатмосферныйPдавление,Rсоответственно)- эти специализированные инструменты гораздо более чувствительны, чем те, которые используются обычно, 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) КонкретныеSзондированиеAприложенияWитQуантумCвычислений илиCкоммуникации илиA CсочетаниеBдругие- эти приложения нуждаются в дальнейшем развитии по мере развития технологий квантовых вычислений и коммуникаций.
Изначально технология квантовых датчиков использовалась в устройствах, которые мы видим сегодня, например, в цифровых камерах. Следующее поколение технологии квантовых датчиков, которое станет коммерчески доступным, принесет производителям ряд преимуществ: обеспечивая чрезвычайно высокую чувствительность при измерениях, требующих точности и достоверности, а также регулярно открывая новые возможности применения в аэрокосмической, биомедицинской, химической, автомобильной и телекоммуникационной отраслях. Это возможно благодаря тому, что эти датчики используют квантовые свойства систем для измерения небольших физических изменений и характеристик этих систем.
Следующее поколение квантовой сенсорной технологии разработано, чтобы быть компактнее, легче и экономичнее своего предшественника, и обеспечивает невероятно высокое разрешение измерений по сравнению с традиционными сенсорными технологиями. Ранние примеры её применения включают контроль качества высококачественной продукции путём выявления мельчайших дефектов, точные измерения прецизионных изделий и неразрушающий контроль путём измерения скрытых под поверхностью объектов.
В настоящее время препятствиями для внедрения технологий квантовых датчиков нового поколения являются затраты на разработку и время, что может задержать их внедрение в отрасли. К другим проблемам относятся интеграция новых датчиков с существующими системами обработки данных и стандартизация в отрасли – вопросы, которые отражают многие сложности внедрения и освоения новых технологий. Лидерство перейдут к отраслям, менее чувствительным к цене и получающим наибольшую выгоду. Как только оборонная, биотехнологическая и автомобильная промышленность продемонстрируют применение и бизнес-кейсы этих чувствительных технологий, по мере развития и масштабирования технологии появятся дополнительные варианты их использования. Методы и технологии измерений с более высоким разрешением станут ещё более важными по мере того, как обрабатывающая промышленность будет внедрять новые технологии для повышения точности и гибкости без ущерба для качества или производительности.
Важно сосредоточиться на преимуществах, которые можно получить, сочетая квантовые датчики с другими передовыми технологиями, такими как беспроводные сети. Отрасли, связанные с производством, такие как строительство и горнодобывающая промышленность, также получат выгоду. Если технологии позволят сделать эти датчики достаточно компактными и недорогими, они потенциально могут найти применение и в ваших смартфонах.
Время публикации: 30 января 2024 г.