В каких отраслях могут устроить революцию квантовые сенсоры?

РБКHi-Tech

Шестое чувство. В каких отраслях могут устроить революцию квантовые сенсоры?

Квантовые сенсоры нового поколения — это пока еще в основном лабораторные разработки. Однако в перспективе они будут применяться во множестве отраслей и вырастут в многомиллионную индустрию

Текст Анастасия Дергачева

У «холодных» атомов есть не только коммерческий потенциал: они также пригодятся в сенсорах, которые используют экологи и астронавты

Квантовые сенсоры нового поколения — отдельное направление рынка квантовых технологий. Такие сенсоры обладают уникальным сочетанием свойств: они имеют микроскопический размер при сверхвысокой чувствительности. Их разработка и внедрение ведутся лишь последние несколько лет, а принципы работы основаны на таких явлениях квантовой механики, как суперпозиция, квантовая запутанность и квантовое измерение.

«Все виды сенсоров высокого технического уровня являются квантовыми», — рассказывает в интервью журналу РБК профессор Университета Саутгемптона Тим Фригард. Сенсоры есть в любом смартфоне: камера, акселерометр, магнитометр, датчик освещенности, датчик приближения, сканер отпечатков пальцев и другие. Однако разработки последнего времени отличаются от нынешних массовых решений — они были сделаны уже во время так называемой второй квантовой революции.

Разнообразные сенсоры нового поколения могут дать мощный импульс развитию сразу нескольких индустрий — нефтегазовой отрасли, транспорту, строительству и т.д. По оценке консалтингового агентства Persistence Market Research, к 2025 году мировой рынок квантовых сенсоров вырастет до $329,4 млн. Однако сегодня большинство продуктов второй квантовой революции еще не покинули стен лабораторий и пока находятся «в процессе преобразования в демонстрационные прототипы», замечает профессор Фригард.

Журнал РБК изучил самые перспективные варианты применения новых квантовых сенсоров.

МРТ молекулы

Медицина ждет внедрения «сенсоров будущего» как ни одна другая сфера. Если сегодня доктора исследуют организм на уровне органов, то квантовая революция позволит заглянуть буквально в каждую клетку тела.

В 2017 году группа исследователей из Университета Штутгарта и Института исследований твердых тел Общества Макса Планка разработала первый квантовый сенсор, способный, по словам руководителя группы профессора Йорга Врактрупа, «разложить молекулу практически на отдельные атомы».

Сенсор умеет «сканировать» белки и потенциально должен уметь обнаружить пораженные белки на самой ранней стадии одного из самых опасных в мире заболеваний — болезни Крейтцфельдта — Якоба. Это заболевание, также называемое «коровьим бешенством», разрушает головной мозг, при этом магнитно-резонансная томография (МРТ) не позволяет диагностировать его с необходимой точностью.

В отдаленном будущем умение проникать в отдельную клетку также может помочь в создании искусственного мозга, не уступающего по интеллекту человеческому.

Космический гравиметр

Квантовый гравиметр — разработка Университета Бирмингема. Этот сенсор поможет в поисках новых месторождений нефти и других полезных ископаемых. Оснащенные им устройства также научатся обнаруживать пустоты и провалы под землей, создающие угрозу для работы в шахтах, описывали потенциал изобретения аналитики Persistence Market Research. Строительство — еще одно вероятное поле «деятельности» сенсора: инженеры смогут более точно проектировать и размещать подземные коммуникации.

Технология гравиметра основана на «холодных» атомах: охлажденные до температуры, близкой к абсолютному нулю, атомы становятся сверхчувствительными к минимальным изменениям силы тяжести и фиксируют эти изменения для измерителя.

«Холодные» атомы планируется использовать не только в бизнесе: с их помощью также можно мониторить массу мировых льдов, океанских течений и уровень моря. А британская компания Teledyne e2v совместно с Clyde Space и Университетом Бирмингема готовит проект по производству «холодных» атомов в космосе, на борту специального спутника. Миссия получила название CASPA (Cold Atom Space Payload — «Полезная нагрузка на холодный атом»).

Собственные разработки гравитационных сенсоров есть и у Министерства обороны Великобритании. Ведомственная лаборатория разрабатывает устройства для отслеживания изменений физических свойств объектов «сквозь стены». Технология, надеются исследователи, приведет к научным прорывам в области навигации и станет альтернативой спутникам GPS, уязвимым для хакерских атак.

«Квантовая пленка»

В ноябре 2017 года Apple приобрела стартап InVisage, разработавший «квантовую пленку» — матрицу на основе квантовых точек. Сенсор имеет расширенный динамический диапазон и высокую светочувствительность. Ранее стартап привлек $98 млн от InterWest Partners, Nokia Growth Partners и других инвесторов.

Современные цифровые матрицы в фотоаппаратах и смартфонах делают на основе кремниевых чипов. По сравнению с аналоговой пленкой у них меньший диапазон, то есть камера может передать меньше тонов между светом и тенью. При контрастном освещении яркость объектов может не «уместиться» в динамический диапазон матрицы — например, на фотографиях «проваливается» небо.

В сенсоре Quantum Film свет сначала проходит через матрицу цветных фильтров, а затем попадает на слой с квантовыми точками — они нанесены на него подобно краске. Особое расположение элементов сенсора увеличивает способность воспринимать свет, что обеспечивает больший динамический диапазон и лучшее качество изображения в условиях низкой освещенности.

Всего у InVisage 27 патентов, но воспользуется ли Apple «квантовой пленкой», пока неизвестно. «Apple время от времени покупает небольшие компании, но мы не обсуждаем наши цели», — прокомментировал представитель компании поглощение InVisage порталу TechCrunch.

Квантовые часы как универсальный сенсор

Квантовые часы — разновидность атомных часов и самый необычный сенсор: они ничего не «чувствуют» непосредственно, только определяют время и при этом могут быть использованы для измерения других величин, например гравитации. «Тикают» в них атомы. Стандартом измерения времени считается атом цезия-133, в последних квантовых часах используются атомы стронция, охлажденные при помощи лазера, а также «квантовый» газ.

Пример использования устройства — атомные часы Национального института стандартов и технологий США, в 37 раз более точные, чем международный стандарт времени. Часы не отстанут и не ускорятся ни на секунду в течение более 15 млрд лет.

Изменение «скорости тикания» атомов происходит под действием силы тяжести, магнитного и электрического полей и других явлений. Чем меньше чувствительность, тем точнее часы. При этом часы разных видов чувствительны к разным явлениям. Большая чувствительность позволяет относить их к сенсорам.

В будущем квантовые часы могут прийти на смену часам, которые используются в системах GPS и ГЛОНАСС. По прогнозу Persistence Market Research, всплеск спроса на технологию случится, как только она будет доведена до массового рынка. Квантовые часы пригодятся на рынках, которые, как ожидается, резко увеличат объем в ближайшие годы: интернет вещей, беспилотные автомобили и другие автономно управляемые устройства с необходимостью точных замеров времени.

Фото: NASA / JPL-Caltech

O'qishni davom ettirish uchun tizimga kiring. Bu tez va bepul.

Roʻyxatdan oʻtish orqali men foydalanish shartlari 

Tavsiya etilgan maqolalar

Руслан Вестеровский: «ИИ-помощник в телефоне будет финансовой нормой в ближайшие пять лет» Руслан Вестеровский: «ИИ-помощник в телефоне будет финансовой нормой в ближайшие пять лет»

Как меняется поведение инвесторов и готовы ли они доверить финансы ИИ

РБК
Жизнь начинается с растений Жизнь начинается с растений

Как экстремальные условия трансформируют существующие экологические формы

Наука и жизнь
Огненная саламандра Огненная саламандра

Мифический «дух огня» с точки зрения биологии

Вокруг света
Император железных дорог Император железных дорог

Двенадцать лет назад за этой железнодорожной историей следил весь мир

ТехИнсайдер
Ненасытный интеллект Ненасытный интеллект

Создание ИИ следующих поколений столкнулось с неожиданным препятствием

ТехИнсайдер
Будьте здоровы Будьте здоровы

Наночастицы для борьбы с раком и уникальная операция в Казани

Знание – сила
Окаменелости — у порога Окаменелости — у порога

Мы привыкли думать, что научные чудеса происходят где-то далеко...

Наука и жизнь
Скифы: наследие, не расшифрованное до конца Скифы: наследие, не расшифрованное до конца

Скифы – народ, о которых мы знаем многое, но почти ничего не понимаем

Знание – сила
Что такое интеллект? Что такое интеллект?

В каком направлении движется развитие искусственного интеллекта?

Знание – сила
Восточное путешествие с Агатой Кристи Восточное путешествие с Агатой Кристи

Детективы, Восток и археология – всё это сошлось вместе в судьбе Агаты Кристи

Знание – сила
Зерно останется малодоходным Зерно останется малодоходным

Хороший урожай не позволит ценам сильно расти

Агроинвестор
Всем пригож песец Всем пригож песец

Песец – полярный кочевник с удивительной выносливостью

Знание – сила
Одна маленькая лягушка и 10 000 мышей Одна маленькая лягушка и 10 000 мышей

Почему батрахотоксин смертелен для человека, но безвреден для маленькой лягушки?

Наука и жизнь
Позвольте представить: виноградовник Позвольте представить: виноградовник

Чем придать естественности натургардену? Попробуйте посадить виноградовник

Наука и жизнь
Ставка давит на инвестиции Ставка давит на инвестиции

Какие макроэкономические факторы сдерживают рост агросектора

Агроинвестор
Как искусственный интеллект переписывает правила медиарынка Как искусственный интеллект переписывает правила медиарынка

О том, где проходит граница между помощником человека и его заменой

ТехИнсайдер
Искусственный интеллект смотрит в небо Искусственный интеллект смотрит в небо

Как технологии ИИ стали единственным средством для изучения космических глубин

Наука и жизнь
Масложировая отрасль снова идет на рекорд Масложировая отрасль снова идет на рекорд

Валовой сбор масличных может превысить 34 млн т

Агроинвестор
Галльская война Галльская война

Юлий Цезарь: завоевание Галлии

Знание – сила
Сеть судного дня Сеть судного дня

Инновационная система, способная обеспечить стабильную работу транспорта

ТехИнсайдер
В «Зеленой Долине» разместится 40 тыс. голов КРС В «Зеленой Долине» разместится 40 тыс. голов КРС

Агрохолдинг «Зеленая Долина» возведет крупнейший в Европе молочный комплекс

Агроинвестор
Удивительный и животворный трепанг Удивительный и животворный трепанг

Древние императоры пили настой трепанга как эликсир молодости и долголетия

Знание – сила
Жизнь с начала времён Жизнь с начала времён

Как «каменные страницы» отражает биографию планеты Земля

Наука и жизнь
Суда-ветераны Суда-ветераны

Возраст большинства речных судов в России превышает 50 лет

Наука и техника
День… суслика День… суслика

Я протёр глаза и приподнялся на локте: да это же суслик!

Наука и жизнь
Наука в фантастике: эпизоды истории Наука в фантастике: эпизоды истории

Смельчаки, которые предлагали читателям космооперу с коммунистическим колоритом

Наука и жизнь
Тучерезы Тучерезы

Какие современные здания имеют шансы пережить столетия?

ТехИнсайдер
Тувинская «долина царей» – кладбище вождей азиатской Скифии Тувинская «долина царей» – кладбище вождей азиатской Скифии

Археология постепенно заставляет тувинскую «долину царей» открывать свои тайны

Знание – сила
Есенин: божественный бросок вперед Есенин: божественный бросок вперед

Почему творчество Есенина до сих пор вызывает отклик у читателей?

Знание – сила
Учимся понимать наши растения Учимся понимать наши растения

Кажется, чего уж проще: полить цветы. Но и здесь есть ряд тонкостей...

Наука и жизнь
Открыть в приложении