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

Вино в кино на все времена Вино в кино на все времена

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

РБК
Заряжено зимой Заряжено зимой

Еще недавно электрические снегоходы казались фантастикой...

ТехИнсайдер
Связь всех поколений Связь всех поколений

На что способны станции сотовой связи

ТехИнсайдер
Маленькая, но удаленькая Маленькая, но удаленькая

Что такое шаровая молния и какие перспективы открывает ее изучение

Знание – сила
Кровь экономики Кровь экономики

Золотодобыча – с древних времен до наших дней

ТехИнсайдер
Слово о «бедной науке», или Еще раз о «новой евгенике» Слово о «бедной науке», или Еще раз о «новой евгенике»

Возражения против защиты «обновленной» версии евгеники

Знание – сила
Поймать космического гостя Поймать космического гостя

Как перехватить проносящиеся сквозь Солнечную систему межзвездные объекты

ТехИнсайдер
Обычная необычная семья Обычная необычная семья

История и фотозарисовка удивительной встречи с семьей лосей

Наука и жизнь
Поможет ли искусственный интеллект понять животных? Поможет ли искусственный интеллект понять животных?

В эпоху ИИ не пора ли нам, как в сказке, научиться распознавать «речь» животных?

Наука и жизнь
Велимир Хлебников: алхимик слова Велимир Хлебников: алхимик слова

Велимир Хлебников – фигура, уклоняющаяся от окончательных определений

Знание – сила
Золотые нивы центра Евразии Золотые нивы центра Евразии

Обзор АПК Оренбургской области

Агроинвестор
ИИ в химии и не только ИИ в химии и не только

«ИИ для химии»: есть ли такие задачи, которые не под силу ИИ?

Наука и жизнь
Главный бестселлер Китая Главный бестселлер Китая

«Звездное желание» — самый продаваемый автомобиль в Поднебесной

ТехИнсайдер
Неандертальское искусство кройки и шитья Неандертальское искусство кройки и шитья

Что использовали неандертальцы для изготовления одежды

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

К концу 1960-х годов фантастика наконец-то обрела статус влиятельного жанра

Наука и жизнь
Лучшие в Монако Лучшие в Монако

Подборка впечатляющих яхт с выставки Monaco Yacht Show

Y Magazine
Атмосфера из фтора и скалы из золота: возможное и невозможное на экзопланетах Атмосфера из фтора и скалы из золота: возможное и невозможное на экзопланетах

Могут ли где-то во Вселенной существовать планеты с атмосферой из азота и фтора?

Наука и техника
Премия за объединение миров Премия за объединение миров

Ученые сумели объединить в одну систему: микромир и квантовые свойства

Наука и жизнь
Сельхозтехника расширяет границы Сельхозтехника расширяет границы

Помогут ли дополнительные меры поддержки нарастить отгрузки за рубеж

Агроинвестор
Чартер начинается с мечты Чартер начинается с мечты

Какие регионы и яхты привлекают клиентов в яхтенном чартере

Y Magazine
Кто построит теплицы в ДФО? Кто построит теплицы в ДФО?

Расположить в округе свои предприятия планируют сразу два инвестора

Агроинвестор
Гормональные игры кошек Гормональные игры кошек

Что за роль в отношениях с кошками играет окситоцин, называемый гормоном любви?

Наука и жизнь
Темная сторона хлопка Темная сторона хлопка

С хлопком связаны войны, бедствия, рабство – и процветание человечества...

Знание – сила
Еще лучше Еще лучше

Sirena 60 — модель‑бестселлер, ставшая еще лучше

Y Magazine
Парус-крыло: настоящее будущее?! Парус-крыло: настоящее будущее?!

Плюсы и перспективы использования экологичной технологии парус‑крыло

Y Magazine
Центр галактики в рентгеновских лучах Центр галактики в рентгеновских лучах

Источники излучения Центрального звёздного диска — это не обычные звёзды

Наука и жизнь
Дизайн как искусство Дизайн как искусство

Sanlorenzo SD132 — асимметричная яхта, собравшая восторженные отзывы в Каннах

Y Magazine
Веероносный венценос из Новой Гвинеи Веероносный венценос из Новой Гвинеи

Как можно, будучи самочкой (даже и венценосной), устоять перед такой Красотой?!

Знание – сила
«Дикий» город «Дикий» город

В тот раз я оказался свидетелем днёвки совы, уже вполне обычного явления

Наука и жизнь
Маленькие помощники Маленькие помощники

Перспективные гаджеты, следящие за здоровьем

ТехИнсайдер
Открыть в приложении