I den här artikeln kommer vi att diskutera olika typer av kvantavkänningstekniker, deras inverkan på tillverkning och vart området är på väg. Tro det eller ej, kvantavkänning är ett teknikområde som har funnits i mer än 50 år och används nu i stor utsträckning i lasrar som LIDAR, magnetisk resonanstomografi (MRT) och solceller.
Även om samhället redan drar nytta av dessa teknologier är de inte lika välkända som de allmänt omtalade kvantberäkningsteknikerna och kvantkommunikation. Den ofta citerade "kvantfördelen" hänvisar till kvantdatorers förmåga att lösa problem på mycket korta tidsperioder, vilket gör tidigare opraktiska och komplexa problem genomförbara. Kvantkommunikation diskuteras ofta i samband med cybersäkerhet. Båda områdena växer snabbt, men det är fortfarande flera år kvar innan de blir allestädes närvarande.
De huvudsakliga metoderna för kvantavkänning är fotonik och fasta tillståndssystem. Fotonik handlar om manipulation av ljus på en mängd olika sätt, medan fasta tillståndssystem hanterar sensorer som befinner sig i ett känt kvanttillstånd som förändras som ett resultat av interaktion med en stimulus (vad man vill mäta). Inom dessa metoder faller kvantavkänningstekniker i fem olika kategorier och har kompletterande styrkor.
(1) Kvantavbildning- användningen av kvantlidar/radar för att upptäcka rörliga eller dolda objekt, där det mest kända tillämpningsområdet är nationellt försvar.
(2) Kvantelektromagnetiska sensorer- Dessa sensorer mäter dynamiska elektromagnetiska fält med hjälp av kvävevakanscentra, atomångor och supraledande kretsar. De används även inom försvarsapplikationer, men även inom sjukvården, såsom MR-undersökningar.
(3) Gravimetrar& Gradiometrar- De mäter styrkan respektive variationen i gravitationsfältet. Nuvarande tillämpningar inkluderar geofysiska fenomen i underjorden och används främst inom energisektorn för att hitta reservoarer.
(4) Termometrar& Baromametrar (MmätningTtemperatur& AtmosfäriskPtryck,Rrespektive)- dessa specialiserade verktyg är mycket känsligare än de som normalt används och uppnår högre noggrannhet i kritiska tillämpningar som ubåtar eller flygplan genom användning av kalla atommoln och supraledande kvantgränssnittsenheter.
(5) SpecifiktSensingAapplikationerWmedQkvantumCdatoranvändning ellerCkommunikation ellerA Ckombination avBandra- dessa tillämpningar behöver utvecklas vidare i takt med att kvantberäknings- och kommunikationstekniken mognar.
Ursprungligen användes kvantsensorteknik i produkter vi vanligtvis ser idag, såsom digitalkameror. Nästa generations kvantsensorteknik som blir kommersiellt tillgänglig kommer att gynna tillverkare på ett antal sätt: genom att ge extremt hög känslighet i mätningar där precision och noggrannhet krävs, och genom den regelbundna framväxten av nya användningsområden inom flyg-, biomedicin-, kemi-, fordons- och telekommunikationsindustrin. Detta är möjligt eftersom dessa sensorer använder kvantegenskaper hos system för att mäta små fysiska förändringar och funktioner i dessa system.
Nästa generations kvantsensorteknik är utformad för att vara mindre, lättare och mer kostnadseffektiv än sin föregångare, och erbjuder otroligt hög mätupplösning jämfört med traditionella sensortekniker. Tidiga användningsområden inkluderar kvalitetskontrollmätningar på högkvalitativa produkter genom att identifiera små defekter, rigorösa mätningar på precisionsprodukter och icke-förstörande provning genom att mäta vad som finns dolt under ytan.
Nuvarande hinder för införandet av nästa generations kvantsensorteknik inkluderar utvecklingskostnader och tid, vilket kan försena införandet inom branschen. Andra utmaningar inkluderar integration av nya sensorer med befintliga dataramverk och standardisering inom branschen – problem som speglar många av utmaningarna med att anta och assimilera nya tekniker. Industrier som är mindre priskänsliga och kommer att gynnas mest kommer att ta ledningen. När försvars-, bioteknik- och fordonsindustrin har visat tillämpningar och affärsfall för dessa känsliga tekniker kommer ytterligare användningsområden att dyka upp i takt med att tekniken utvecklas och skalas upp. Metoder och tekniker för mätning vid högre upplösningar kommer att bli ännu viktigare i takt med att tillverkningsindustrin antar nya tekniker för att förbättra noggrannhet och flexibilitet utan att offra kvalitet eller produktivitet.
Det är viktigt att fokusera på de fördelar som kan uppnås genom att kombinera andra ledande tekniker med kvantsensorer, såsom trådlösa nätverk. Tillverkningsrelaterade industrier, såsom bygg och gruvdrift, kommer också att gynnas. Om tekniken kan utveckla dessa sensorer till att vara tillräckligt små och billiga, skulle de potentiellt kunna hitta sin väg in i din smartphone också.
Publiceringstid: 30 januari 2024