Большинство людей слышали о квантовых компьютерах, но не о квантовых датчиках. На днях мы наткнулись на них, поскольку Bosch разрабатывает квантовые датчики магнитного поля, использующие «силу квантовой физики для проведения измерений с непревзойденной точностью», будучи при этом намного компактнее других квантовых датчиков, использующие такие технологии, как SQUID (сверхпроводящее устройство квантовой интерференции), паровые ячейки или оптические ловушки.
Bosch Quantum Sensing (это полное название компании) далее объясняет, что ее квантовые датчики магнитного поля превосходят возможности обычных датчиков, предлагая более широкий диапазон измерений, более высокую чувствительность и более высокое пространственное разрешение. В настоящее время у них есть внутренний прототип квантового датчика / плата для оценки, которая размером примерно со смартфон, так что они все еще значительно больше традиционных датчиков.
Квантовый магнитометр Bosch может измерять мельчайшие изменения магнитного поля с точностью, включая магнитное поле Земли, и даже анализировать направление и магнитуду магнитных полей, давая эквивалент точечного трехмерного магнитного представления. Это, в частности, позволяет использовать биомедицинские приложения, такие как магнитокардиография (МКГ), бесконтактная альтернатива ЭКГ для отслеживания сердечной активности, и это также относится к интерфейсам мозг-компьютер (ИМК), то есть квантовые датчики также могут оказаться в потребительских устройствах, таких как гарнитуры виртуальной/расширенной реальности. Другой вариант использования — навигация внутри помещений или другие места, где сигналы GPS слабые, недоступные или забитые.
Так как же именно это работает? Компания Bosch объясняет, что в ее квантовом магнитометре в качестве основного чувствительного элемента используется алмаз, к которому в качестве дефекта добавлены атомы азота, известные как NV (азотно-вакансионные) центры, которые обеспечивают дополнительные электроны, действующие как крошечные чувствительные элементы магнитного поля.
Вот более подробная информация о внутреннем устройстве прямо с сайта:
Эти NV-центры изменяют оптические и электронные свойства алмаза. Когда зеленый лазерный луч попадает на алмаз через оптический фокусирующий блок, он способствует преобразованию электронов в NV-центрах до более высокого энергетического уровня. Когда электроны возвращаются в свое основное состояние, они испускают фотоны, видимые как красный свет, который проходит через оптический фильтр и затем регистрируется фотодиодом.
Однако, ключевым явлением является то, что энергетические уровни NV-центров очень чувствительны к изменениям внешнего магнитного поля, что позволяет использовать их в качестве квантов, основанных на эффекте Зеемана. Эти квантовые состояния доступны через микроволновое излучение. Когда электроны занимают эти уровни и возбуждаются зеленым лазерным светом, они больше не распадаются, испуская красные фотоны, а вместо этого остаются «темными». Изменяя частоту микроволнового излучения и наблюдая изменения интенсивности испускаемого красного света, мы можем точно определить силу внешнего магнитного поля.
Если вы предпочитаете более наглядное объяснение, вы можете посмотреть видео, размещенное ниже.
Что нам пока неясно, так это когда компания планирует коммерциализировать такие датчики. Мы узнали об этом только тогда, когда Bosch создала совместное предприятие с Element six, производителем синтетических алмазов, под названием «Bosch Quantum Sensing». Более подробную информацию можно найти на новом веб-сайте компании.
Выражаем свою благодарность источнику из которого взята и переведена статья, сайту cnx-software.com.
Оригинал статьи вы можете прочитать здесь.