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

Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Мясной ликбез Мясной ликбез

Идеальный стейк, маринованные ребрышки или хвост бобра сами себя не приготовят

Playboy
Не работает тачпад на ноутбуке: причины и способы решения проблемы Не работает тачпад на ноутбуке: причины и способы решения проблемы

Что делать, если перестал работать тачпад на ноутбуке с Windows

CHIP
Ураганная энергия Ураганная энергия

Как направить в мирное русло энергию ураганов

Популярная механика
«А он, мятежный, просит бури» «А он, мятежный, просит бури»

Самые опасные места океанов, как смогли их покорить. Беседа с Федором Конюховым

Вокруг света
Кино привезли Кино привезли

Сколько стоили импортные фильмы России

Деньги
7 фруктов, которые нельзя хранить в холодильнике: мнение шеф-повара 7 фруктов, которые нельзя хранить в холодильнике: мнение шеф-повара

Каким фруктам не место в холодильнике

VOICE
Энергия вместо долга Энергия вместо долга

Как получилось, что США оказалась на грани дефолта?

Ведомости
Почему в жару отекают ноги и как снять отек Почему в жару отекают ноги и как снять отек

В чем причины отеков лодыжек и стоп в жару

РБК
Михалковы Михалковы

Династия Михалковых: от успеха в кино до признания в ресторанном бизнесе

Караван историй
Нерусская водка: какие бренды популярнее всего за рубежом Нерусская водка: какие бренды популярнее всего за рубежом

О самых популярных брендах иностранной «беленькой»

Maxim
VR, алгоритмы Netflix и даже ChatGPT: 5 книг, которые предсказали современные ИИ-технологии VR, алгоритмы Netflix и даже ChatGPT: 5 книг, которые предсказали современные ИИ-технологии

Книги, которыми (возможно) вдохновлялись Сэм Альтман, Стив Джобс и Билл Гейтс

Inc.
Что делать, если угнали машину: полиция, страховая, кредиторы и эвакуаторы Что делать, если угнали машину: полиция, страховая, кредиторы и эвакуаторы

Памятка на случай, если кража автомобиля уже произошла и пора действовать

ТехИнсайдер
«Мои фильмы всегда выпускались с надеждой, что они провалятся» «Мои фильмы всегда выпускались с надеждой, что они провалятся»

Андрей Тарковский об отношениях с родиной, зрителями и творчеством

Weekend
Французское влияние в мягком подбрюшье России Французское влияние в мягком подбрюшье России

Как Париж выстраивает стратегическое партнерство с государствами Средней Азии

Монокль
Трофейный ресурс Трофейный ресурс

Что получил СССР в качестве компенсации от Германии по итогам войны

Эксперт
«Речь про свободолюбие, озорство какое-то»: художник Саша Браулов — о работе над обложкой «Правил жизни», вышивке как методе и здоровом хулиганстве «Речь про свободолюбие, озорство какое-то»: художник Саша Браулов — о работе над обложкой «Правил жизни», вышивке как методе и здоровом хулиганстве

Художник Саша Браулов о вышивке как методе и силе доброты

Правила жизни
Атмосфера жизни Атмосфера жизни

Загородный подмосковный дом с интерьером вне времени

SALON-Interior
Женщины выбирают вокал: как гендер влияет на музыкальные предпочтения Женщины выбирают вокал: как гендер влияет на музыкальные предпочтения

Влияет ли пол на музыкальные предпочтения?

Forbes
Маршрут построен Маршрут построен

Как экономить на поездках в метро в разных городах России

Лиза
Острая тема: какие виды инъекций существуют в современной косметологии и что нужно знать об уколах красоты Острая тема: какие виды инъекций существуют в современной косметологии и что нужно знать об уколах красоты

Как сориентироваться в многообразии уколов красоты?

Правила жизни
Летняя косметичка: что убавить, что прибавить Летняя косметичка: что убавить, что прибавить

Как пережить жару и сохранить красоту? Золотые правила ухода

Добрые советы
От ассистентки до инвестора SpaceX: как экс-сотрудница Маска стала успешной в бизнесе От ассистентки до инвестора SpaceX: как экс-сотрудница Маска стала успешной в бизнесе

Как Баттерфилд работала с Маском и какой путь она выбрала, когда ушла из SpaceX

Forbes
Путь ради ребенка: как Ада Блэкджек одна выживала в экспедиции на острове Врангеля Путь ради ребенка: как Ада Блэкджек одна выживала в экспедиции на острове Врангеля

57 дней в одиночестве: невероятная история Ады Блэкджек

Forbes
«Нам пора сформулировать закон сохранения цивилизации» «Нам пора сформулировать закон сохранения цивилизации»

Можно ли подружиться с умной машиной? Не может ли она вытеснить человека?

Знание – сила
Стать девушке солдатом на войне… Стать девушке солдатом на войне…

Война глазами одной из 200 девушек комсомолок-добровольцев

Знание – сила
Замечательный сосед Замечательный сосед

5 вещей, которые надо успеть сделать в Минске за выходные

Лиза
«Крепкая семья остается сегодня наиболее важной ценностью» «Крепкая семья остается сегодня наиболее важной ценностью»

Как увеличить население нашей страны

Эксперт
«На офисную должность ни за что бы не перешла»: как женщины работают на заводах «На офисную должность ни за что бы не перешла»: как женщины работают на заводах

Женщины на заводе: что привело их на предприятие и с какими мифами они борются

Forbes
Ожирение в детстве в четыре раза повысило вероятность долгосрочного отпуска по болезни в 25 лет Ожирение в детстве в четыре раза повысило вероятность долгосрочного отпуска по болезни в 25 лет

У страдавших ожирением в детстве высокая вероятность уйти в отпуск по здоровью

N+1
10 самых засмотренных до дыр мультфильмов разных поколений 10 самых засмотренных до дыр мультфильмов разных поколений

Самые засмотренные мультфильмы за все время, разбитые по десятилетиям

Maxim
Открыть в приложении