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

Тренеры по красивой жизни Тренеры по красивой жизни

Как не прогадать с покупкой у инфоцыган курсов-пустышек

РБК
Связанные одной целью Связанные одной целью

Можно ли в одном организме объединить несколько разных существ?

Вокруг света

Тут вся кии штуки

Maxim
«Казус белых» на российском рынке вина «Казус белых» на российском рынке вина

На российском винном рынке красные вина постепенно уступают место белым

РБК
Тишина зимнего леса Тишина зимнего леса

Человека тянет в лес. Зимой, вероятно, чтобы послушать тишину…

Наука и жизнь
Евгеника 2.0: о бедной науке замолвите слово… Евгеника 2.0: о бедной науке замолвите слово…

Руководствуясь только логикой и фактами, ставим порочность евгеники под сомнение

Знание – сила
Наука в фантастике: эпизоды истории Наука в фантастике: эпизоды истории

Основы советской фантастики закладывались ещё до революции

Наука и жизнь
Софонисба Вторая… — Первая! Софонисба Вторая… — Первая!

Кто сказал, что эмансипированные женщины появились только в конце XIX века?

Знание – сила
Первобытные домостроители Первобытные домостроители

Домостроительство, безусловно, одно из наиболее ранних умений человека

Знание – сила
«Вино знакомит с интересными людьми» «Вино знакомит с интересными людьми»

Тренд на белые вина был очевиден. Любители вина уходят в более легкую историю

РБК
Африканские пленные Первой мировой Африканские пленные Первой мировой

Среди военнопленных Первой мировой войны одна категория людей оказалась забыта

Знание – сила
Жизнь после жизни: цветок и плод Жизнь после жизни: цветок и плод

Как на месте угасающего цветка начинает своё развитие плод

Наука и жизнь
Южный Урал — сказочный край России Южный Урал — сказочный край России

Давно мечтала я побывать на Урале и вот стою у ворот парка «Таганай»...

Знание – сила
«Нельзя быть безразличным к своей профессии» «Нельзя быть безразличным к своей профессии»

Энолог винодельни «СоберБаш» о важности рейтингов и выборе профессии

РБК
Развитие генетики ускоренным путем Развитие генетики ускоренным путем

Эмбриотрансфер в животноводстве набирает обороты

Агроинвестор
Самое продуктивное межсезонье Самое продуктивное межсезонье

Моды в гуманитарных науках никогда не бывают сезонными: это всегда межсезонье

Знание – сила
Вино в кино на все времена Вино в кино на все времена

Кинокартины, которые помогут погрузиться в эномир и узнать больше о виноделии

РБК
Чудесная Чудесная

В созвездии Кит расположилась одна из самых удивительных звёзд нашего неба, Мира

Наука и жизнь
«Амбиции — ключевой фактор успеха» «Амбиции — ключевой фактор успеха»

Главный винодел Esse Наталья Дынникова о том, чему она научилась у Олега Репина

РБК
«Главное — идея, которую ты воплощаешь» «Главное — идея, которую ты воплощаешь»

Винодел Павел Швец работает с вином с 19 лет. Что он может о нем сказать?

РБК
Кадры решают Кадры решают

Помогут ли новый федеральный проект и господдержка привлечь специалистов в АПК?

Агроинвестор
Капризная, упрямая… Капризная, упрямая…

Мадмуазель мода и мсье стиль идут по жизни рука об руку

Знание – сила
Скорпионы и лавры: говорящие детали Скорпионы и лавры: говорящие детали

10 портретов-ребусов эпохи Возрождения

Вокруг света
Мода или роскошь? Право или мода? Мода или роскошь? Право или мода?

Что было в обществе до понятия моды и что такое роскошь?

Знание – сила
Даурские каникулы Даурские каникулы

Истории о свободолюбивых диких котах и их скрытном образе жизни

Наука и жизнь
«Я очень скупой на оценки» «Я очень скупой на оценки»

Какова цена входа в виноделие и стоит ли обижаться на оценки в гиде

РБК
Дух большой воды Дух большой воды

Почему индейцы боятся «Большой воды» и уходят все глубже в лес?

Вокруг света
Бродский и его окружение Бродский и его окружение

Размышляем о роли вина в жизни и поэзии Иосифа Бродского

РБК
Безалкогольное вино: что это такое и почему оно становится все популярнее Безалкогольное вино: что это такое и почему оно становится все популярнее

В чем причины взрывного роста безалкогольного вина на рынке

РБК
Булгаковское Средневековье Булгаковское Средневековье

Что роман «Мастер и Маргарита» унаследовал от Средневековья

Вокруг света
Открыть в приложении