В мире стремительно растет спрос на высокоточные измерения в критически важных приложениях. Этот спрос может удовлетворить квантовое зондирование, которое уже обеспечивает измерения с чувствительностью, недоступной для классического зондирования. Более того, рынок квантового зондирования уже к 2030 году может достичь отметки в один миллиард долларов, ежегодно прирастая на 10-15%. По информации McKinsey, к 2040-му эта технология кардинально изменит работу отраслей, использующих сенсорные технологии, и совершит революцию в тех из них, которые сильно зависят от точных измерений. В частности, ее можно будет использовать для обучения алгоритмов искусственного интеллекта.
- Что такое квантовые технологии и квантовое зондирование
- Визуализация данных и диагностика
- Навигация
- Микроэлектроника
- Какие перспективы?
Что такое квантовые технологии и квантовое зондирование
Квантовые технологии — это новое направление в науке и технике, которое базируется на принципах квантовой механики для создания новых возможностей и решений. Квантовая механика, в свою очередь — это наука о поведении очень маленьких частиц (атомов и фотонов), где действуют законы, отличающиеся от классической физики. Проще говоря, квантовые технологии используют необычное, но крайне точное поведение субатомных частиц, таких как атомы и фотоны, позволяя достичь недосягаемого ранее уровня точности. Благодаря этому квантовые технологии открывают новые горизонты в различных сферах, от медицины до финансов.
Благодаря квантовой механике так мы получаем более надежные системы навигации, более точную визуализацию медицинских результатов, более безопасную связь и, что немаловажно, более мощные вычисления.
Квантовые технологии позволяют разрабатывать новые виды устройств и систем, но чаще всего идет речь об их применении в таких направлениях:
- квантовые вычисления;
- квантовая коммуникация;
- квантовое зондирование.
Хотя квантовые вычисления обсуждают чаще других, наиболее зрелым направлением считается квантовое зондирование. Оно обладает большим потенциалом применения во многих отраслях и тесно связано с квантовыми вычислениями, так как характерные для них мощные процессоры могут ускорять скорость обработки данных с сенсоров. Те, в свою очередь, являются ключевыми компонентами квантового зондирования, обеспечивая ему сверхвысокую чувствительность и точность.
Ниже мы рассмотрим четыре варианта коммерческого применения данной технологии — они имеют наибольший потенциал в решении проблем, с которыми сегодня сталкиваются лидеры рынка.
Визуализация данных и диагностика
Квантовые датчики имеют большой потенциал в определении точного местоположения магнитных сигналов в организме человека. Сегодня чаще используются традиционные методы диагностики (например, МРТ), которые ограничены в своих возможностях и требуют применения громоздкого и хрупкого оборудования. В то же время в McKinsey считают, что альтернатива им может появиться уже в 2030 году, а производство датчиков для новых систем вскоре выйдет на новый масштаб.
Навигация
Квантовые датчики, в том числе магнитометры на основе нейтральных атомов или алмазов, помогут раскрыть новые возможности в системах навигации, предназначенных для самых разных видов транспорта. При этом больше не будет необходимости в использовании спутниковых сигналов GPS, которые бесполезных в экранированных средах, под водой или под землей. Плюс квантовых датчиков еще и в том, что они не требуют регулярной калибровки и в 10-20 раз чувствительнее, что делает измерения с ними более точными. Исследования показывают, что такие датчики могут быть готовы к коммерческому использованию в течение нескольких ближайших лет.
Микроэлектроника
С помощью квантовых датчиков можно более эффективно обнаруживать дефекты и определять рабочие состояния в микроэлектронике. Совсем скоро их использование может стать обычной практикой при проектировании интегральных схем с трехмерной архитектурой третьего поколения. Первые такие датчики уже доступны и задействованы в экспериментальных проектах. Считается, что они повысят точность и надежность операций в производстве микросхем, критически важных для устройств следующего поколения, включая ИИ и системы обработки данных.
Подземные измерения
Надежные и точные измерения под землей – следующий вариант коммерческого применения квантовых датчиков. Они более надежные и обеспечивают более точные результаты измерений, особенно в суровых климатических условиях. Кроме того, с их помощью можно эффективно выявлять разломы, находить полезные ископаемые и источники воды. Плюс использования квантовых датчиков в этих задачах еще и в том, что они имеют компактные размеры и при этом умеют точно идентифицировать магнитные и гравитационные поля от посторонних помех. Все вместе это позволяет увеличить разрешение карт, которые фотографируют с помощью беспилотных летательных аппаратов, более чем в десять раз!
Какие перспективы?
Потенциал использования квантовых сенсоров не ограничивается описанными выше кейсами, так как новые знания, полученные благодаря использованию квантовых датчиков для наблюдения и мониторинга, открывают много других возможностей. Чтобы их реализовать, уже разрабатывается специальное оборудование и алгоритмы искусственного интеллекта для анализа данных.
Квантовые сенсоры и облачные технологии имеют все шансы стать идеальным сочетанием для отраслей, которые зависят от обработки больших объемов данных и требуют создания безопасной среды для вычислений. По мере развития технологии квантового зондирования растет интерес к облачным платформам, которые располагают необходимыми вычислительными мощностями для анализа данных в реальном времени.
Оптимальной средой для работы с квантовыми сенсорами могут стать гибридные вычислительные среды. Они позволят организациям эффективно обрабатывать данные с квантовых сенсоров и мгновенно использовать результаты обработки в своих IT-экосистемах. Это создаст основу для разработки и продвижения инновационных приложений в таких областях, как автономная навигация, медицинская диагностика и геофизические исследования, обучение новых ИИ-алгоритмов.
