In dit artikel bespreken we de verschillende soorten kwantumsensortechnologieën, hun impact op de productie en de richting waarin het vakgebied zich ontwikkelt. Geloof het of niet, kwantumsensoren zijn technologieën die al meer dan 50 jaar bestaan en nu breed worden toegepast in lasers zoals LIDAR, Magnetic Resonance Imaging (MRI) en fotovoltaïsche cellen.
Hoewel de maatschappij al profiteert van de voordelen van deze technologieën, zijn ze minder bekend dan de veelbesproken quantum computing en quantumcommunicatie. Het vaak genoemde "quantumvoordeel" verwijst naar het vermogen van quantumcomputers om problemen in zeer korte tijd op te lossen, waardoor voorheen onpraktische en complexe problemen haalbaar worden. Quantumcommunicatie wordt vaak besproken in de context van cybersecurity. Beide gebieden groeien snel, maar het duurt nog een aantal jaren voordat ze alomtegenwoordig zijn.
De belangrijkste benaderingen van kwantumdetectie zijn fotonica en vaste-stofsystemen. Fotonica houdt zich bezig met de manipulatie van licht op verschillende manieren, terwijl vaste-stofsystemen werken met sensoren die zich in een bekende kwantumtoestand bevinden die verandert als gevolg van interactie met een stimulus (wat je wilt meten). Binnen deze benaderingen vallen kwantumdetectietechnologieën in vijf verschillende categorieën, met complementaire sterke punten.
(1) Quantumbeeldvorming- het gebruik van kwantumlidar/radar om bewegende of verborgen objecten te detecteren, met als bekendste toepassingsgebied de nationale defensie.
(2) Kwantum elektromagnetische sensoren- Deze sensoren meten dynamische elektromagnetische velden met behulp van stikstofvacaturecentra, atoomdampen en supergeleidende circuits. Ze worden ook gebruikt in defensietoepassingen, maar ook in de gezondheidszorg, bijvoorbeeld in MRI-scans.
(3) Gravimeters& Gradiometers- Ze meten respectievelijk de sterkte en variatie van het zwaartekrachtveld. Huidige toepassingen zijn onder andere geofysische verschijnselen in de ondergrond en worden vooral in de energiesector gebruikt om reservoirs te vinden.
(4) Thermometers& Baromaten (MmetenTtemperatuur& AatmosferischPgeruststellen,Rrespectievelijk)- deze gespecialiseerde hulpmiddelen zijn veel gevoeliger dan de hulpmiddelen die normaal gesproken worden gebruikt en bereiken een hogere nauwkeurigheid bij kritische toepassingen, zoals in onderzeeërs of vliegtuigen, door het gebruik van koude atoomwolken en supergeleidende kwantuminterface-apparaten.
(5) SpecifiekSensingAtoepassingenWithQuantumCcomputeren ofCcommunicatie ofA Ccombinatie vanBandere- Deze toepassingen moeten verder worden ontwikkeld naarmate quantum computing en communicatietechnologieën zich verder ontwikkelen.
Aanvankelijk werd kwantumsensortechnologie gebruikt in producten die we tegenwoordig veel zien, zoals digitale camera's. De volgende generatie kwantumsensortechnologie die commercieel beschikbaar komt, zal fabrikanten op verschillende manieren voordelen opleveren: door extreem hoge gevoeligheid te bieden bij metingen waar precisie en nauwkeurigheid vereist zijn, en door de regelmatige opkomst van nieuwe toepassingen in de lucht- en ruimtevaart, biomedische industrie, chemische industrie, automobielindustrie en telecommunicatie. Dit is mogelijk omdat deze sensoren de kwantumeigenschappen van systemen gebruiken om kleine fysieke veranderingen en kenmerken in die systemen te meten.
De volgende generatie kwantumsensortechnologie is ontworpen om kleiner, lichter en kosteneffectiever te zijn dan zijn voorganger, en biedt een ongelooflijk hoge meetresolutie in vergelijking met traditionele sensortechnologieën. Vroege toepassingen zijn onder andere kwaliteitscontrolemetingen op hoogwaardige producten door kleine defecten te identificeren, rigoureuze metingen op precisieproducten en niet-destructief onderzoek door te meten wat zich onder het oppervlak bevindt.
Huidige belemmeringen voor de adoptie van volgende generatie kwantumsensortechnologieën zijn onder meer ontwikkelingskosten en -tijd, wat de acceptatie binnen de industrie zou kunnen vertragen. Andere uitdagingen zijn de integratie van nieuwe sensoren met bestaande dataframeworks en standaardisatie binnen de industrie – kwesties die veel van de uitdagingen weerspiegelen bij de adoptie en assimilatie van opkomende technologieën. Sectoren die minder prijsgevoelig zijn en het meest profiteren, zullen het voortouw nemen. Zodra de defensie-, biotechnologie- en automobielindustrie toepassingen en businesscases voor deze gevoelige technologieën hebben aangetoond, zullen er meer use cases ontstaan naarmate de technologie zich ontwikkelt en opschaalt. Methoden en technieken voor het meten met hogere resoluties zullen nog belangrijker worden naarmate de maakindustrie nieuwe technologieën implementeert om de nauwkeurigheid en flexibiliteit te verbeteren zonder in te leveren op kwaliteit of productiviteit.
Het is belangrijk om te focussen op de voordelen die kunnen worden gerealiseerd door andere toonaangevende technologieën te combineren met quantumsensoren, zoals draadloze netwerken. Ook industrieën in de maakindustrie, zoals de bouw en mijnbouw, zullen hiervan profiteren. Als technologie deze sensoren klein en goedkoop genoeg kan maken, zouden ze mogelijk ook hun weg kunnen vinden naar je smartphone.
Plaatsingstijd: 30-01-2024