Cảm biến lượng tử

Cảm biến lượng tử đạt đến mức độ chính xác cực cao bằng cách khai thác bản chất lượng tử của vật chất. Các nhà phân tích trong ngành công nghiệp hy vọng cảm biến lượng tử sẽ tiếp cận thị trường trong vòng 3-5 năm tới, với trọng tâm ban đầu là các ứng dụng y tế và quốc phòng.

Máy tính lượng tử đã được kỳ vọng rất nhiều và cảm biến lượng tử cũng sẽ được kỳ vọng không kém, nó cho phép các phương tiện tự hành có thể "nhìn thấy" xung quanh các góc, hệ thống định vị dưới nước, hệ thống cảnh báo sớm về hoạt động núi lửa và động đất và máy quét di động theo dõi hoạt động não của một người trong cuộc sống hàng ngày.

Cảm biến lượng tử đạt đến mức độ chính xác cực cao bằng cách khai thác bản chất lượng tử của vật chất - sử dụng sự khác biệt giữa các electron ở các trạng thái năng lượng khác nhau làm đơn vị cơ sở. Đồng hồ nguyên tử minh họa nguyên tắc này. Tiêu chuẩn giờ thế giới dựa trên thực tế là các electron trong xêzi 133 nguyên tử hoàn thành một quá trình chuyển đổi cụ thể 9.192.631.770 lần một giây. Các cảm biến lượng tử sử dụng quá trình chuyển đổi nguyên tử để phát hiện những thay đổi nhỏ trong chuyển động và những khác biệt nhỏ trong trọng trường, điện trường và từ trường.

Tuy nhiên, có nhiều cách khác để xây dựng cảm biến lượng tử. Ví dụ, các nhà nghiên cứu tại Đại học Birmingham, Vương quốc Anh, đang nghiên cứu phát triển các nguyên tử siêu lạnh, rơi tự do để phát hiện những thay đổi nhỏ trong trọng lực. Loại máy đo trọng lượng lượng tử này sẽ có khả năng phát hiện các đường ống, dây cáp và các vật thể khác bị chôn vùi mà ngày nay chỉ có thể tìm thấy một cách đáng tin cậy bằng cách đào. Các tàu đi biển có thể sử dụng công nghệ tương tự để phát hiện các vật thể dưới nước. Hầu hết các hệ thống cảm biến lượng tử vẫn đắt tiền, quá khổ và phức tạp, nhưng một thế hệ cảm biến mới nhỏ hơn, giá cả phải chăng hơn sẽ mở ra các ứng dụng mới. Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts trong năm 2019 đã sử dụng các phương pháp chế tạo thông thường để thiết lập một cảm biến lượng tử dựa trên kim cương trên một con chip silicon, ép nhiều thành phần cồng kềnh truyền thống thành một hình vuông rộng vài phần mười milimét. Nguyên mẫu là một bước tiến tới các cảm biến lượng tử chi phí thấp, được hoạt động ở nhiệt độ phòng và có thể được sử dụng cho bất kỳ ứng dụng nào liên quan đến việc thực hiện các phép đo tinh vi của từ trường yếu.

Các hệ thống lượng tử vẫn rất dễ bị nhiễu khiến chúng có thể bị hạn chế ứng dụng trong các môi trường được kiểm soát. Nhưng các chính phủ và các nhà đầu tư tư nhân đang đầu tư rất nhiều để nghiên cứu giải quyết vấn đề này và những thách thức khác về chi phí, quy mô và độ phức tạp. Ví dụ, Anh đã đầu tư 315 triệu bảng Anh vào giai đoạn hai của Chương trình Điện toán Lượng tử Quốc gia (2019-2024). Các nhà phân tích trong ngành hy vọng cảm biến lượng tử sẽ tiếp cận thị trường trong vòng 3-5 năm tới, với trọng tâm ban đầu là các ứng dụng y tế và quốc phòng.

P.A.T (NASATI), theo Top 10 Emerging Technologies of 2020, WEF