In diesem Artikel werden wir die Arten von Quantensensortechnologien, ihre Auswirkungen auf die Fertigung und die Richtung, in die sich das Gebiet entwickelt, diskutieren. Ob Sie es glauben oder nicht, die Quantensensorik ist ein Technologiefeld, das es schon seit mehr als 50 Jahren gibt und das mittlerweile in großem Umfang in Lasern wie LIDAR, Magnetresonanztomographie (MRT) und Photovoltaikzellen eingesetzt wird.
Obwohl die Gesellschaft bereits von den Vorteilen dieser Technologien profitiert, sind sie nicht so bekannt wie das viel diskutierte Quantencomputing und die Quantenkommunikation. Der oft zitierte „Quantenvorteil“ bezieht sich auf die Fähigkeit von Quantencomputern, Probleme in sehr kurzen Zeiträumen zu lösen und so bisher unpraktische und komplexe Probleme realisierbar zu machen. Quantenkommunikation wird oft im Zusammenhang mit Cybersicherheit diskutiert. Beide Gebiete wachsen schnell, sind aber noch mehrere Jahre von ihrer allgegenwärtigen Verbreitung entfernt.
Die Hauptansätze zur Quantensensorik sind Photonik und Festkörpersysteme. Die Photonik befasst sich auf vielfältige Weise mit der Manipulation von Licht, während es sich bei Festkörpersystemen um Sensoren handelt, die sich in einem bekannten Quantenzustand befinden, der sich infolge der Wechselwirkung mit einem Reiz (dem, was Sie messen möchten) ändert. Innerhalb dieser Ansätze lassen sich Quantensensortechnologien in fünf verschiedene Kategorien einteilen und haben komplementäre Stärken.
(1) Quantenbildgebung- der Einsatz von Quanten-Lidar/Radar zur Erkennung bewegter oder versteckter Objekte, wobei der bekannteste Anwendungsbereich die Landesverteidigung ist.
(2) Elektromagnetische Quantensensoren- Diese Sensoren messen dynamische elektromagnetische Felder mithilfe von Stickstoff-Leerstellenzentren, Atomdämpfen und supraleitenden Schaltkreisen. Sie werden auch in Verteidigungsanwendungen eingesetzt, kommen aber auch im Gesundheitswesen zum Einsatz, beispielsweise bei MRTs.
(3) Gravimeter& GRadiometer- Sie messen die Stärke bzw. Variation des Schwerefeldes. Aktuelle Anwendungen umfassen geophysikalische Phänomene im Untergrund und werden vor allem im Energiesektor zur Lagerstättensuche eingesetzt.
(4) Thermometer& BArometer (MberuhigendTTemperatur& AatmosphärischPDruck,Rbzw.)- Diese Spezialwerkzeuge sind viel empfindlicher als die normalerweise verwendeten und erreichen durch den Einsatz kalter Atomwolken und supraleitender Quantenschnittstellengeräte eine höhere Genauigkeit in kritischen Anwendungen wie U-Booten oder Flugzeugen.
(5) SpezifischSSensingAAnwendungenWithQuantumCRechnen oderCKommunikation bzwA CKombination vonBandere- Diese Anwendungen müssen mit zunehmender Reife der Quantencomputer- und Kommunikationstechnologien weiterentwickelt werden.
Ursprünglich wurde die Quantensensortechnologie in Produkten eingesetzt, die wir heute häufig sehen, beispielsweise in Digitalkameras. Die nächste Generation der Quantensensortechnologie, die kommerziell verfügbar wird, wird den Herstellern in vielerlei Hinsicht zugute kommen: durch die Bereitstellung einer extrem hohen Empfindlichkeit bei Messungen, bei denen Präzision und Genauigkeit erforderlich sind, und durch das regelmäßige Auftauchen neuer Anwendungsfälle in der Luft- und Raumfahrt, der Biomedizin und der Chemie , Automobil- und Telekommunikationsindustrie. Dies ist möglich, weil diese Sensoren die Quanteneigenschaften von Systemen nutzen, um kleine physikalische Veränderungen und Merkmale in diesen Systemen zu messen.
Die nächste Generation der Quantensensortechnologie ist kleiner, leichter und kostengünstiger als ihr Vorgänger und bietet im Vergleich zu herkömmlichen Sensortechnologien eine unglaublich hohe Messauflösung. Zu den ersten Anwendungsfällen gehören Qualitätskontrollmessungen an hochwertigen Produkten durch die Identifizierung kleinster Fehler, strenge Messungen an Präzisionsprodukten und zerstörungsfreie Prüfungen durch die Messung dessen, was unter der Oberfläche verborgen ist.
Zu den aktuellen Hindernissen für die Einführung von Quantensensortechnologien der nächsten Generation gehören Entwicklungskosten und -zeit, die die Einführung in der gesamten Branche verzögern könnten. Zu den weiteren Herausforderungen gehören die Integration neuer Sensoren in bestehende Datenrahmen und die Standardisierung innerhalb der Branche – Themen, die viele der Herausforderungen widerspiegeln, die mit der Einführung und Integration neuer Technologien einhergehen. Branchen, die weniger preissensibel sind und am meisten profitieren, werden die Führung übernehmen. Sobald die Verteidigungs-, Biotechnologie- und Automobilindustrie Anwendungen und Geschäftsszenarien für diese sensiblen Technologien demonstriert hat, werden sich im Zuge der Weiterentwicklung und Skalierung der Technologie weitere Anwendungsfälle ergeben. Methoden und Techniken zur Messung mit höheren Auflösungen werden noch wichtiger, da die Fertigungsindustrie neue Technologien einsetzt, um Genauigkeit und Flexibilität zu verbessern, ohne dabei Qualität oder Produktivität zu beeinträchtigen.
Es ist wichtig, sich auf die Vorteile zu konzentrieren, die durch die Kombination anderer führender Technologien mit Quantensensorik erzielt werden können, beispielsweise drahtlose Netzwerke. Auch verarbeitende Industrien wie das Baugewerbe und der Bergbau werden profitieren. Wenn es der Technologie gelingt, diese Sensoren klein und kostengünstig genug zu machen, könnten sie möglicherweise auch in Ihr Smartphone gelangen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 30. Januar 2024