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

Русалка шоу-бизнеса Русалка шоу-бизнеса

Модель Евгения Кузьмина, которая снялась в новом фильме Гая Ричи «Джентльмены»

Maxim
Очень странные дела Очень странные дела

Какие бьюти-тренды из соцсетей искренне настораживают косметологов

Лиза
Большая энциклопедия джентльмена. Том XVIII Большая энциклопедия джентльмена. Том XVIII

Как вести себя в кругу родственников

GQ
Мертвые дети, неравенство и травмы Мертвые дети, неравенство и травмы

Настоящий мир вымышленного Питера Пэна

Weekend
Все фильмы Пон Джун Хо, снявшего «Микки 17» и «Паразиты»: от худшего к лучшему Все фильмы Пон Джун Хо, снявшего «Микки 17» и «Паразиты»: от худшего к лучшему

8 фильмов южнокорейского режиссера, от легких комедий до мощных триллеров

Maxim
Читаем Читаем

Книги о мечтателях, бунтарях, романтиках, о тех, кто не сдается и меняет правила

СНОБ
Никас Сафронов: «Мой гениальный пиарщик — это время» Никас Сафронов: «Мой гениальный пиарщик — это время»

Мою жизнь можно было распределить на сотни других жизней

Караван историй
Возможности перевода Возможности перевода

Российские банки налаживают возможности по переводу денежных средств за границу

Ведомости
Тепло Африки Тепло Африки

Панорамные виды, террасы и единение с природой — сам ландшафт стал соавтором

SALON-Interior
Главными проблемами малого и среднего бизнеса стали дефицит кадров и инфляция Главными проблемами малого и среднего бизнеса стали дефицит кадров и инфляция

Доля предпринимателей, не сталкивающихся с трудностями, в 2025 году упала до 14%

Forbes
ЗОЖ, эмоции, экономия и патриотизм ЗОЖ, эмоции, экономия и патриотизм

Какие новые ценности молодых потребителей повлияют на рынки в будущем

Монокль
В Португалии нашли выгравированные в эпоху верхнего палеолита фигуры животных В Португалии нашли выгравированные в эпоху верхнего палеолита фигуры животных

Археологи обнаружили в Португалии новые произведения палеолитического искусства

N+1
10 главных мифов о маникюре и уходе за ногтями: мнение ученого, работающего в бьюти-индустрии 10 главных мифов о маникюре и уходе за ногтями: мнение ученого, работающего в бьюти-индустрии

Какие мифы об уходе за ногтями являются самыми живучими

VOICE
Сапог — оружие богатыря Сапог — оружие богатыря

Cвязаны ли в действительности Илия Печерский и легендарный герой Илья Муромец?

Дилетант
Символ на перекрестке современных философий Символ на перекрестке современных философий

Знак — это условность, которая превращает отдельные вещи в их меру

Знание – сила
8 доказательств того, что вы неправильно моете посуду: самые распространенные ошибки 8 доказательств того, что вы неправильно моете посуду: самые распространенные ошибки

Эти ошибки при мытье посуды влияют непосредственно на ваше здоровье!

ТехИнсайдер
Куда поплыла ипотека Куда поплыла ипотека

Неожиданный для российского рынка продукт предложил ТКБ Банк: плавающая ставка

Монокль
Судный день Судный день

Вызвали в суд в качестве присяжной? Осторожнее, это могут быть мошенники

Лиза
Лиги настоящих джентльменов Лиги настоящих джентльменов

Зачем Азамату Мусагалиеву, Айдару Гараеву и Виктору Щеткову медиаспорт?

Men Today
Тихая роскошь Тихая роскошь

Пентхаус на берегу Верхнего озера с «парящим» кабинетом

SALON-Interior
Жить свою жизнь Жить свою жизнь

Как начать новую жизнь в ситуации эмоционального выгорания?

Новый очаг
Как уговорить близкого с зависимостью обратиться за помощью: 6 верных шагов Как уговорить близкого с зависимостью обратиться за помощью: 6 верных шагов

Пошаговый план действий для родственников человека с зависимостью

Psychologies
Черепахи научились приспосабливаться к теплеющему морю Черепахи научились приспосабливаться к теплеющему морю

Ученые показали, как морские черепахи реагируют на изменение климата

ТехИнсайдер
Я всё смогу! Я всё смогу!

7 киногероинь, у которых стоит поучиться здоровой самооценке

Лиза
Модный план на год Модный план на год

11 способов прокачать свой стиль

Добрые советы
Мечта Тони Старка Мечта Тони Старка

Wey 07 — кроссовер для гения, миллиардера, плейбоя и филантропа

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Свой или чужой Свой или чужой

Как судить человека, если судьба предопределила ему две роли — жертвы и палача?

Дилетант
В чем сила, ИИ? В чем сила, ИИ?

Сопоставим наши ожидания и реальное состояние разработок в сфере ИИ

Монокль
Погрузиться в сон Погрузиться в сон

Как научиться высыпаться, не меняя привычного ритма жизни

Лиза
5 способов удалить упрямую кутикулу дома: советы мастеров маникюра 5 способов удалить упрямую кутикулу дома: советы мастеров маникюра

Несколько способов удаления кутикулы с отличным результатом

VOICE
Открыть в приложении