Применение квантовых сенсоров

Квантовые технологии ассоциируются прежде всего с компьютерами, однако не менее важное направление — квантовые сенсоры.

Эти устройства улавливают изменения, которые классические датчики не замечают из-за шума: некоторые способны обнаружить даже один фотон. Принцип основан на использовании отдельных частиц — атомов, электронов или фотонов — в качестве высокочувствительных зондов.

В медицине такие сенсоры применяются в томографах, создающих карту электромагнитного поля человека или отдельных частей тела, и позволяют следить за работой мозга в реальном времени. Перспективны камеры, способные видеть сквозь туман, за углами или под землей. Квантовые детекторы газов на спутниках могут собирать данные об уровне углекислого газа и метана в атмосфере.

Один из важнейших типов квантовых сенсоров — сверхточные атомные часы. Они необходимы для определения координат смартфонами, автономным транспортом и другими устройствами. Мы сталкиваемся с ними каждый раз, когда пользуемся навигатором: часы установлены на спутниках GPS и ГЛОНАСС и передают сигналы точного времени. Зная расположение спутников и скорость света, устройство рассчитывает расстояние до нескольких из них и определяет местоположение. Точность координат напрямую зависит от точности часов: погрешность всего в сотую долю секунды приводит к ошибке в определении расстояния на 3 тыс. км.

Работа любых часов основана на подсчете повторяющихся событий с известной частотой. В механических часах это колебания маятника, в атомных — колебания электромагнитного излучения, соответствующего переходу между энергетическими уровнями атома цезия. Погрешность цезиевых атомных часов составляет всего одну секунду за 300 тыс. лет. Более того, само определение секунды связано с квантовыми процессами: согласно международному стандарту, одна секунда соответствует 9 192 631 770 периодам излучения, связанного с переходом между двумя энергетическими состояниями атома цезия-133.

Квантовые сенсоры уже играют важную роль в современных технологиях, а их дальнейшее развитие может открыть новые возможности для навигации, медицины, экологии и промышленности.

#квантовыесенсоры #квантовыетехнологии #атомныечасы #навигация #медицина #экология #наука #технологии #РБК #ГигаНаука