das três tecnologias quânticas com aplicações de alta potência para negócios- Computação Quântica , Assim, Comunicações Quânticas e sensor de quântica - o menos conhecido é o último. Ironicamente, a sensação quântica é a tecnologia com a qual temos a experiência mais prática: lasers, células fotovoltaicas e máquinas de imagem médica usam sensores quânticos. Mas essa diversidade, combinada com a relativa facilidade de escala (em comparação com a computação quântica, pelo menos), está alimentando pesquisas em vários campos e em breve começará a desbloquear novos casos de uso em
The reason for this lack of familiarity may lie in the difficulty of monitoring the technology’s development thanks to its highly diverse applications. But this diversity, combined with the relative ease of scaling (compared with quantum computing, at least), is fueling research in multiple fields and will soon start to unlock new use cases in Cuidados com saúde , Assim, Semicondutores , satélites e fabricação militar e de defesa.
We recently observed that for large companies, Computação quântica de nível empresarial está entrando em vista. Também esperamos que novos usos para que a tecnologia de detecção quântica surja na próxima década, potencialmente com efeito disruptivo. Some 1,600 patents already have been granted, and startups raised $2 billion in 2022. The total attainable market for sensors is projected to reach $170 billion to $200 billion by 2030 and we expect the global quantum-sensing market to reach $3 billion to $5 billion by 2030 (or a 2% to 3% share of the wider sensor market), which will help propel the global market for all quantum technologies to $20 billion to US $ 40 bilhões. (Consulte Anexo 1.)
Senting o que você não pode ver
The first wave of innovation enabled the commercialization of important technologies such as transistors and modern communications, as well as magnetic resonance imaging (MRI) machines, digital cameras, and other imaging devices. The second wave will deliver two principal benefits over existing capabilities.
First, shrinking size enables transportable devices, which will create new measurement use cases. Until recently, some metrics could only be assessed in laboratory settings using bulky equipment. Size reduction paves the way to embedding quantum sensors in all manner of things, including planes, cars, and mobile phones. The ability to measure gravity is important in climate research, for example, and quantum gravimeters will benefit from taking in more data points than traditional devices.
Second, the extreme sensitivity of quantum sensors will deliver greater precision in various types of measurement, such as time, frequency, acceleration, temperature, pressure, rotation, and magnetic and electric fields. (See Exhibit 2.) This could have a transformative impact in many areas, including defense and aerospace, health care, electronics, and geology and energy. Several applications involving quantum sensing (such as lidar) may have an impact on mass-market products, such as automobiles, in the medium to long term. Niche use cases are already being addressed, and more will soon be commercial realities—perhaps in the next three to five years for the most mature.
The principal quantum-sensing technologies being explored today can be grouped into five categories, each with different capabilities.
Quantum Electromagnetic Sensors. These devises rely on three technologies to measure electromagnetic fields dynamically and with high precision: NV (nitrogen vacancy) centers, atomic vapors, and superconducting circuits. In the defense sector, QES can be used to detect stealth targets or intercept communications; in health care, their use in brain activity imaging and nanoscale spectroscopy can enhance diagnostic accuracy and reliability.
Imagem quântica. A tecnologia quântica melhora a resolução e o alcance da imagem alavancando a mecânica quântica. O Quantum Lidar cria mapas 3D precisos e melhora as medições de distância; O radar quântico aumenta a detecção e localização de objetos com maior resolução e ruído reduzido. A resolução de imagem quântica é útil para detectar alvos furtivos, ocultos ou em movimento rápido, como em vigilância de fronteiras ou operações militares.
Quantum Gravimeters and Gradiometers. Gravímetro (que medem a força de um campo gravitacional) e gradiômetros (que medem mudanças em um campo gravitacional) são usados para monitorar fenômenos geofísicos subsuperficiais, como cavidades subterrâneas e reservatórios geotérmicos. Ao detectar alterações minuciosas nas forças gravitacionais com maior sensibilidade, os gritos quânticos e gradiômetros podem localizar com mais precisão estruturas e recursos subterrâneos, melhorando assim a prospecção de hidrocarbonetos.
Thermometers and Barometers. Usando nuvens atômicas frias e dispositivos de interferência quântica supercondutores (lulas), termômetros e barômetros podem avaliar com mais precisão a temperatura e a pressão atmosférica. Às vezes integrado ao sonar para detectar submarinos, essas ferramentas também podem ser usadas para melhorar a medição de parâmetros ambientais em aeronaves.
Aplicações transversais. sensores quânticos, comunicação quântica e computação quântica são enriquecidos quando usados em combinação. Os casos de uso estão sendo explorados na previsão do tempo, detecção de fraude, otimização de tráfego e previsão de interação com medicamentos, entre outras áreas. O maior desafio para a detecção quântica pode estar defendendo a mudança. (Consulte Anexo 3.) Em algumas indústrias, os custos iniciais, altos custos operacionais e vantagens de desempenho pouco claras limitam a atratividade da tecnologia, pelo menos no curto prazo. penetração e crescimento. De fato, a sensibilidade é a maior força e a maior fraqueza desses dispositivos, uma vez que os resultados podem ser corrompidos pelo ruído não filtrado quando os sensores são usados fora do laboratório. Os reguladores, assim como os clientes, esperam precisão e segurança previsíveis. Atualmente, a produção de sensores de ampliação é prejudicada pelas aplicações de nicho principalmente em uso e por processos de fabricação complexos que exigem inúmeros especialistas especializados para produzir relativamente poucas unidades. Finalmente, uma falta geral de conscientização e conhecimento dificulta a compreensão dos benefícios da detecção quântica, que afeta o financiamento e a adoção.
The Challenges to Adoption
As with any emerging technology, challenges need to be overcome. The biggest challenge for quantum sensing may be making the case for change. (See Exhibit 3.) In some industries, the upfront costs, high operating costs, and unclear performance advantages limit the technology’s attractiveness, at least in the short term.
The extreme sensitivity of quantum sensors, difficulties with integration, and limited scalability are barriers to standardization, which is a prerequisite to market penetration and growth. Indeed, sensitivity is both the greatest strength and the greatest weakness of these devices, since results can be corrupted by unfiltered noise when sensors are used outside the laboratory. Regulators, as well as customers, expect predictable accuracy and safety.
Integrating quantum sensing with other processes can be difficult because additional miniaturization and customization may be needed. Scaling up sensor production is currently hampered by the mostly niche applications now in use and by complex manufacturing processes that require numerous specialized experts to produce relatively few units. Finally, a general lack of awareness and knowledge hinders understanding of the benefits of quantum sensing, which affects both financing and adoption.
onde está a ação e será
Cada estágio da cadeia de valor de detecção quântica-componentes, detecção, aplicações e serviços-está amadurecendo em sua própria taxa, dificultando a previsão. (Consulte "A cadeia de valor de detecção quântica".) A natureza estratégica das necessidades e atividades do setor de defesa-e sua menor sensibilidade ao preço em comparação com outras indústrias-fez da defesa o principal fator do mercado de sensores quânticos. Até agora, a maioria dos casos de uso de detecção quântica foi prototipada e em campo para fins de defesa. Os desafios tecnológicos, comerciais e financeiros em cada estágio da cadeia de valor variam. O mesmo acontece com os principais jogadores. Cada estágio está focado em diferentes aplicações e está amadurecendo por conta própria. A velocidade com que os aplicativos chegam ao mercado pode depender não apenas de abordar as prioridades dos clientes, mas também para provar o uso militar que a tecnologia é eficiente. Como em outras tecnologias, como microondas, GPs e realidade virtual, as aplicações civis se beneficiarão da maturidade da tecnologia, da transferência de conhecimento com base na experiência do
The Quantum-Sensing Value Chain
Achieving the benefits of scale requires breaking into the commercial market. The speed with which applications come to market may depend not only on addressing customer priorities but on proving through military use that the technology is efficient. As with other technologies, such as microwaves, GPS, and virtual reality, civil applications will benefit from the technology’s maturity, from knowledge transfer based on the experience of the Indústria de Defesa e das economias de escala - todas contribuirão para preços mais acessíveis. (Consulte a Figura 4.) Os usuários médicos e farmacêuticos têm requisitos exigentes em várias áreas, como sensibilidade e tamanho, devido a funções de missão crítica, critérios de segurança e regulamentação. Os fabricantes de eletrônicos valorizam grande precisão e confiabilidade e a capacidade de executar em escala (pense nos milhões de chips fabricados a cada ano). Os usuários em geologia e energia têm baixa sensibilidade ao preço e podem ser os menos exigentes em termos de desempenho; Os requisitos de segurança são sua principal preocupação. As aplicações médicas e de defesa parecem estar mais próximas da maturidade do mercado, mas há fortes vantagens para sensores quânticos em eletrônica, geologia e energia também. (Consulte o Anexo 5.)
Three other sectors in addition to defense stand to benefit, each with its own priorities. (See Exhibit 4.) Medical and pharma users have demanding requirements in multiple areas, such as sensitivity and size, because of mission-critical functions, safety criteria, and regulation. Electronics manufacturers value great accuracy and reliability and the ability to perform at scale (think of the millions of chips manufactured every year). Users in geology and energy have low price sensitivity and may be the least demanding in terms of performance; safety requirements are their top concern.
Prototypes for many applications in these industries are emerging. Defense and medical applications appear to be the closest to market maturity, but there are strong advantages for quantum sensors in electronics and geology and energy as well. (See Exhibit 5.)
- A detecção de anomalia magnética monitora a presença de objetos metálicos, como submarinos e minas. Os sensores quânticos permitem a implantação da tecnologia em pequenas plataformas aéreas ou subaquáticas não tripuladas. A capacidade também pode ser implantada em outras esferas, como em carros autônomos para melhorar a detecção de objetos. Este caso de uso está no estágio de prova de conceito em defesa e geologia e energia. O caso de uso está no estágio de protótipo; É necessário um progresso adicional para reduzir o tamanho e o preço. A última grande barreira é a capacidade de padronizar e industrializar o
- Portable MRI machines can expand the use of this imaging technology by significantly reducing the size of the scanners, allowing them to be used in isolated or underserved areas. The use case is in the prototype stage; further progress is needed to reduce both size and price.
- The use of quantum sensing in chip quality control, which has been prototyped by the electronics industry, enables faster scanning and higher resolution of defects. The last major barrier is the ability to standardize and industrialize the Fabricação processo. Uma vez superado, a taxa de sucata de 20% na maioria dos fabricantes de semicondutores de hoje será reduzida significativamente, reduzindo o desperdício e aliviando as pressões da cadeia de suprimentos. Os sensores de gravidade quântica fornecem desempenho de última geração e foram colocados em empresas de energia. Outras aplicações de engenharia civil, como no monitoramento de infraestrutura de estradas, diques ou plantas industriais, se desenvolverão assim que os dispositivos diminuirem em tamanho. Os sinais de GPS são fáceis e baratos para tocar. Organizações de defesa como o Laboratório de Pesquisa da Força Aérea estão implantando navegação inercial em sistemas de orientação de mísseis, para que não dependam apenas do GPS. A tecnologia também é útil em ambientes civis, como túneis de estrada. Os sensores estão na fase de prova de conceito em escala de laboratório. A implantação em massa exigirá miniaturização e redução de custos. A navegação inercial pode alavancar a detecção quântica em indústrias como automotivo e aeroespacial e defesa e pode eventualmente, se a miniaturização e os custos unitários permitirem, se tornarem um componente integrante de futuros smartphones. Este aplicativo ainda está nos estágios iniciais do desenvolvimento. A prontidão do mercado requer progresso em hardware quântico (para detectar melhor fontes de luz), técnicas de correção de erros robustas e confiáveis, menor custo e integração suave com veículos autônomos e com infraestrutura existente, como estradas, ruas e interseções. Para pilotar e, finalmente, aproveitar novos desenvolvimentos, as empresas precisarão de habilidades internas e parcerias com players estabelecidos. Mesmo que os casos de uso pareçam distantes, o tempo para se preparar está próximo. Como em outras tecnologias profundas, os primeiros motores podem bloquear talentos e alianças que lhes darão uma grande vantagem quando os sensores quânticos entrarem no mainstream.
- Underground geophysical monitoring senses seismic and volcano activity. Quantum gravity sensors provide state-of-the-art performance and have been fielded by energy companies. Further civil engineering applications, such as in infrastructure monitoring of roads, dikes, or industrial plants, will develop once the devices shrink in size.
- Inertial navigation using quantum sensors provides accurate positioning in areas where global navigation satellite systems such as GPS are either blocked or not precise enough (which can impair vertical positioning, for example). GPS signals are easy and cheap to jam. Defense organizations such as the Air Force Research Laboratory are deploying inertial navigation in missile guidance systems so that they do not rely solely on GPS. The technology is also useful in civilian settings such as road tunnels. Sensors are at the proof-of-concept stage at laboratory scale. Mass deployment will require miniaturization and cost reduction. Inertial navigation could leverage quantum sensing in industries such as automotive and aerospace and defense and may eventually, if miniaturization and unit costs allow, become an integral component of future smartphones.
- Self-driving cars require enhanced perception capabilities in order to accurately detect and track objects, pedestrians, and obstacles in real time and at high speed. This application is still in the early stages of development. Market readiness requires progress in quantum hardware (to better detect light sources), robust and reliable error correction techniques, lower cost, and smooth integration with autonomous vehicles and with existing infrastructure, such as roadways, streets, and intersections.
Like its quantum cousins—computing and communications—quantum-sensing applications will not be plug and play. To pilot and ultimately take advantage of new developments, companies will need internal skills and partnerships with established players. Even if the use cases seem distant, the time to prepare is near. As with other deep technologies, early movers can lock in talent and alliances that will give them a big head start when quantum sensors enter the mainstream.
