I denne artikkelen skal vi diskutere typene kvantesensorteknologier, deres innvirkning på produksjon og hvor feltet er på vei. Tro det eller ei, kvantesensor er et teknologifelt som har eksistert i over 50 år og er nå mye brukt i lasere som LIDAR, magnetisk resonansavbildning (MR) og solceller.
Selv om samfunnet allerede nyter godt av fordelene med disse teknologiene, er de ikke like godt kjent som de mye omtalte kvantedatamaskiner og kvantekommunikasjon. Den ofte siterte «kvantefordelen» refererer til kvantedatamaskiners evne til å løse problemer på svært korte tidsperioder, noe som gjør tidligere upraktiske og komplekse problemer mulige. Kvantekommunikasjon diskuteres ofte i sammenheng med cybersikkerhet. Begge områdene vokser raskt, men er fortsatt flere år unna å bli allestedsnærværende.
De viktigste tilnærmingene til kvantefølelse er fotonikk og faststoffsystemer. Fotonikk omhandler manipulering av lys på en rekke måter, mens faststoffsystemer omhandler sensorer som er i en kjent kvantetilstand som endres som følge av interaksjon med en stimulus (det du ønsker å måle). Innenfor disse tilnærmingene faller kvantefølelsesteknologier inn i fem forskjellige kategorier og har komplementære styrker.
(1) Kvanteavbildning- bruk av kvante-lidar/radar for å oppdage objekter i bevegelse eller skjulte objekter, der det mest kjente bruksområdet er nasjonalt forsvar.
(2) Kvanteelektromagnetiske sensorer– Disse sensorene måler dynamiske elektromagnetiske felt ved hjelp av nitrogenvakansesentre, atomdamper og superledende kretser. De brukes også i forsvarsapplikasjoner, men brukes også i helsevesenet, for eksempel MR-bilder.
(3) Gravimetreog Gradiometre– De måler henholdsvis styrken og variasjonen i tyngdefeltet. Nåværende bruksområder inkluderer geofysiske fenomener i undergrunnen og brukes hovedsakelig i energisektoren for å finne reservoarer.
(4) Termometreog Baromametre (MmålingTtemperaturog AtmosfæriskPtrykk,Rhenholdsvis)– Disse spesialiserte verktøyene er mye mer følsomme enn de som vanligvis brukes, og oppnår høyere nøyaktighet i kritiske applikasjoner som ubåter eller fly ved bruk av kalde atomskyer og superledende kvantegrensesnittenheter.
(5) SpesifikkSensingAapplikasjonerWideQuantumCdatabehandling ellerCkommunikasjon ellerA Ckombinasjon avBandre– disse applikasjonene må videreutvikles etter hvert som kvantedatamaskin- og kommunikasjonsteknologier modnes.
I starten ble kvantesensorteknologi brukt i produkter vi vanligvis ser i dag, som digitale kameraer. Den neste generasjonen kvantesensorteknologi som blir kommersielt tilgjengelig, vil være til fordel for produsenter på en rekke måter: ved å gi ekstremt høy følsomhet i målinger der presisjon og nøyaktighet er nødvendig, og ved den jevnlige fremveksten av nye bruksområder innen luftfart, biomedisin, kjemisk industri, bilindustri og telekommunikasjonsindustrien. Dette er mulig fordi disse sensorene bruker kvanteegenskapene til systemer for å måle små fysiske endringer og funksjoner i disse systemene.
Neste generasjon kvantesensorteknologi er designet for å være mindre, lettere og mer kostnadseffektiv enn forgjengeren, og tilbyr utrolig høy måleoppløsning sammenlignet med tradisjonelle sensorteknologier. Tidlige brukseksempler inkluderer kvalitetskontrollmålinger på høykvalitetsprodukter ved å identifisere små defekter, grundige målinger på presisjonsprodukter og ikke-destruktiv testing ved å måle hva som er skjult under overflaten.
Nåværende barrierer for adopsjon av neste generasjons kvantesensorteknologier inkluderer utviklingskostnader og tid, noe som kan forsinke adopsjonen i hele bransjen. Andre utfordringer inkluderer integrering av nye sensorer med eksisterende datarammeverk og standardisering i bransjen – problemer som speiler mange av utfordringene ved å ta i bruk og assimilere nye teknologier. Bransjer som er mindre prissensitive og vil dra mest nytte av dette, vil ta ledelsen. Når forsvars-, bioteknologi- og bilindustrien har demonstrert bruksområder og forretningsmodeller for disse sensitive teknologiene, vil flere bruksområder dukke opp etter hvert som teknologien utvikler seg og skaleres. Metoder og teknikker for måling med høyere oppløsninger vil bli enda viktigere etter hvert som produksjonsindustrien tar i bruk nye teknologier for å forbedre nøyaktighet og fleksibilitet uten å ofre kvalitet eller produktivitet.
Det er viktig å fokusere på fordelene som kan realiseres ved å kombinere andre ledende teknologier med kvantesensorer, som for eksempel trådløse nettverk. Produksjonsrelaterte industrier, som bygg og gruvedrift, vil også dra nytte av dette. Hvis teknologien kan utvikle disse sensorene til å være små og billige nok, kan de potensielt også finne veien inn i smarttelefonen din.
Publisert: 30. januar 2024