Эти передовые устройства готовы разрушить традиционные рынки датчиков, прокладывая путь к трансформационным приложениям в различных отраслях — от электромобилей и медицинской визуализации до квантовых вычислений и навигации без GPS.

Согласно последнему отчету IDTechEx, рынок квантовых датчиков вырастет до впечатляющих $2,2 млрд. к 2045 году, что обусловлено совокупным годовым темпом роста (CAGR) в 11,4%.

В этой статье мы рассмотрим потенциал квантовых датчиков, изучим разнообразные области их применения и ключевые факторы, способствующие их внедрению и развитию.

Квантовая грань: как работают эти датчики

Квантовые датчики используют принципы квантовой механики, такие как суперпозиция, запутывание и туннелирование, для достижения исключительной чувствительности и точности при измерении физических свойств.

К таким свойствам относятся время (измеряемое атомными часами), магнитные и электрические поля, гравитация, ускорение и свет.

В отличие от традиционных датчиков, точность которых может быть ограничена, квантовые датчики предлагают беспрецедентные возможности измерения. Например, однофотонные детекторы способны улавливать свет в минимально возможных масштабах, а атомные часы по-новому определяют стандарты хронометража.

Разнообразные области применения

Превосходные характеристики квантовых датчиков способствуют их внедрению во многих отраслях:

• Автомобилестроение и электромобили. Квантовые датчики улучшают дистанционное измерение тока в электрических и автономных транспортных средствах. Миллионы датчиков туннельного магнетосопротивления (TMR) в масштабе чипа уже используются в автомобильных системах, демонстрируя их коммерческую жизнеспособность.
• Навигация без GPS. Квантовые акселерометры и гироскопы обеспечивают высокоточные навигационные решения даже в условиях отсутствия GPS. Эти возможности особенно ценны для подводных лодок, самолетов и космических исследовательских миссий.
• Медицинская визуализация. Магнитометры с оптической накачкой (OPM) совершают революцию в неинвазивной визуализации мозга.
• Квантовые вычисления и коммуникации. Квантовые датчики являются важнейшим инструментом развития других квантовых технологий. Например, магнитометры и однофотонные детекторы играют ключевую роль в масштабировании квантовых компьютеров, поддерживая увеличение количества и сложности кубитов.
• Бытовая электроника и не только. По мере развития технологий компактные квантовые датчики могут найти свое применение в потребительских устройствах, предлагая расширенную функциональность и новые варианты использования в повседневных приложениях.

Преодоление трудностей: от лаборатории до рынка

Несмотря на свой преобразующий потенциал, квантовые датчики сталкиваются с серьезными препятствиями на пути перехода от лабораторных прототипов к продуктам массового спроса.

Одной из ключевых проблем является масштабируемое производство экзотических материалов, таких как искусственные алмазы и сверхпроводники, которые необходимы для этих датчиков.

Кроме того, развитие передовых возможностей производства полупроводников и фотонных элементов имеет решающее значение для удовлетворения потребностей этого развивающегося рынка.

Учитывая это, несколько национальных инициатив способствуют развитию отечественного производства квантовых материалов и компонентов, обеспечивая суверенитет цепочки поставок и стимулируя инновации.

Эти задачи активно решают как стартапы, так и уже состоявшиеся игроки. В то время как некоторые квантовые датчики, например устройства TMR, уже коммерчески жизнеспособны, другие, такие как инструменты биомагнитной визуализации, остаются на ранних стадиях разработки.

Перспективы рынка квантовых датчиков

В ближайшие два десятилетия рынок квантовых датчиков произведет революцию в сенсорной индустрии. Ожидается, что к 2045 году объем рынка достигнет 2,2 млрд долларов, что будет обусловлено как развитием проверенных технологий, так и появлением новых инноваций.

В таких технологиях, как атомные часы, основное внимание уделяется оптимизации существующих конструкций для выхода на новые рынки, включая центры обработки данных и автономные системы.

В то же время другие инновации, такие как биомагнитная визуализация, представляют собой долгосрочные возможности, требующие постоянных инвестиций и исследований.

Квантовые датчики не только меняют отрасли, но и способствуют совместному прогрессу в экосистеме квантовых технологий.

Благодаря синергетическому развитию квантовых вычислений, коммуникаций и материаловедения рынок квантовых датчиков находится на траектории экспоненциального роста.

Ранее ученые разработали самый маленький датчик вибрации в квантовом мире.