Новости

Квантовые технологии

Квантовые технологии

Осознавая широкие исследовательские возможности Великобритании в области квантовых технологий, правительство страны инвестировало 270 миллионов фунтов стерлингов в создание Британской национальной программы квантовых технологий – совместной инициативы по продвижению технологии и обеспечению долгосрочных преимуществ для общества. В рамках этой программы были созданы четыре центра квантовых технологий, каждый из которых ориентирован на отдельный аспект. Из этих средств Университет Бирмингема получил 80 миллионов фунтов стерлингов, чтобы возглавить Британский национальный центр квантовых технологий по исследованиям в области метрологии с университетами-партнерами.

Квантовая технология основана на науке о крошечном. Она использует понимание физики атомных частиц, чтобы эксплуатировать «жуткую» сторону квантовой механики. Было доказано, что частица может находиться в двух местах одновременно, двигаясь в двух направлениях. Если позволить ей одновременно следовать по двум маршрутам на разной высоте, их можно использовать для измерения силы тяжести и ускорения. Если эти маршруты будут обходить какой-то участок, частица будет чувствовать вращение, а если они будут отличаться друг от друга, она сможет измерять время или магнитные поля с максимальной точностью.

Quantum Technology Conference: Профессор Кай Бонгс (Kai Bongs)Профессор Кай Бонгс (Kai Bongs) и его команда из Центра квантовых технологий работают с партнерами из этой отрасли и научных кругов, охватывая всевозможные дисциплины: электротехнику, проектирование и строительство гражданских объектов, психологию. Их задача состоит в том, чтобы применить плоды лабораторных исследований в реальных ситуациях для решения современных проблем общества и окружающей среды. Квантовые датчики, разработанные в центре, исследуют природу и внутреннюю структуру атомов и ионов в качестве квантовых зондов. Центр тесно сотрудничает с партнерами из отрасли, чтобы предоставить пространство для инноваций и превратить ведущие мировые исследования в области квантовых датчиков в реальные решения.

Научные основы квантовых технологий

  • Суперхолодные атомы могут быть в двух местах одновременно.
  • Эффект, описанный учеными как «жуткий», заключается в том, что один атом может перемещаться в двух направлениях одновременно, создавая интерференционную картину.
  • Атом, посланный по двум разным маршрутам в один и тот же момент, исследует эти два маршрута одновременно.
  • Он очень чувствителен к таким изменениям, как гравитация, и может очень точно измерять различия в гравитации между двумя маршрутами.
  • Атомы являются отличными системами отсчета, например, для сверхточного отсчета времени.

Ультраточные датчики

Команда физиков и инженеров-строителей разрабатывает датчики силы тяжести для обнаружения скрытой инфраструктуры, что позволит по-новому и лучше видеть, что происходит под землей, и выявлять возможные угрозы до того, как станет поздно. Например, обнаруживать места грунтовых провалов до их появления. Это позволит проводить более целенаправленное и эффективное обслуживание дорог, тем самым уменьшать их загруженность и снижать вероятность пробок.

Quantum Technology Conference: Доктор Михаил Холински (Michael Holynski)Датчики, разработанные профессором Кайем Бонгсом, д-ром Михаилом Холински (Michael Holynski) и их командой из факультета физики и астрономии, будут использовать технологию холодных атомов, чтобы обеспечить гораздо более точное и быстрое измерение силы тяжести. Датчики силы тяжести, использующие атомы в качестве зондовых частиц, могут определять присутствие человека только по его гравитационному полю. Поскольку гравитация проникает в любой материал, эти устройства помогают «видеть» в земле. В частности, они будут очень чувствительны к изменениям плотности.

Quantum Technology Conference: Доктор Николь Мэтью (Nicole Metje)Применение этих датчиков для получения реальной пользы требует междисциплинарных усилий, и команда из Physics тесно сотрудничает с доктором Николем Мэтье (Nicole Metje) и еe командой в отделе проектирования и строительства гражданских объектов, чтобы понять потребности конечного пользователя и определить ключевые области использования. Эти датчики гравитации сделают невидимое видимым, помогут улучшить уровень здоровья и безопасности, снижая риски во время раскопок.

Эта технология позволит нам составить карту того, что лежит под нашими ногами, и открыть скрытую инфраструктуру, включая шахты, провалы, трубы и тоннели. Это революционизирует процесс строительства – в настоящее время мы не можем определить источники таких проблем, как разрыв подземных труб, поэтому дорожные работы могут быть очень длительными и прерывистыми. Показывая точное местонахождение подземных аварий, решение центра сократит количество проблем на дорогах страны.

Квантовые датчики силы тяжести – это захватывающее нововведение, которое позволит нам более безопасно использовать наше подземное пространство, в том числе в строительстве под землей, а не над ней.

Квантовые часы

Измерение времени – это неотъемлемая часть современной жизни. Огромная часть ежедневно используемых технологий основывается на точных расчетах времени, включая спутниковую навигацию, высокоскоростную финансовую торговлю и широкополосную связь.

Quantum Technology Conference: Доктор Йешпал Сингх (Yeshpal Singh)Профессор Кай Бонгс, д-р Йешпал Сингх (Yeshpal Singh) и их команда в Центре квантовых технологий проводят исследования для разработки сверхточных оптических часов.

Чтобы запустить новые приложения и улучшить существующие технологии, требуется определять время более точно. В Центре квантовых технологий разрабатываются компактные, портативные и надежные оптические часы, которые будут иметь точность в 1000, а то и 10 тысяч раз выше, чем в настоящее время.

Практическое применение точных часов может быть очень разнообразным. Например, в развитии будущих систем связи, в том числе спутниковой навигации и связи в космосе, а также в разработке следующего поколения широкополосных каналов для суперскоростного Интернета. Квантовые часы делают измерение времени более точным; используемые в них датчики не только чувствительные, они еще и очень быстрые. Например, такие часы будут использовать в быстро развивающейся высокочастотной торговле на финансовых рынках, где измерение времени для определения того, кто предлагает цену первым, должно быть очень точными.

Польза для здоровья

Революционная технология Центра квантовых технологий также будет иметь применение в медицине.

Магнитные атомные датчики достаточно точны, чтобы улавливать крошечные магнитные поля, связанные с активностью мозга или межклеточными контактами. Эти исследования помогут разрабатывать технологии, управляемые мыслью, кардинально изменить управление процессами при опасных условиях работы, а также в сфере здравоохранения. Одно из таких улучшений приведет к созданию неинвазивного способа измерения активности мозга для дальнейшего исследования деменции.

Деменция часто связана с затруднением связи между каналами в мозгу. Вскоре магнитные датчики можно будет использовать для более глубокого изучения мозга. В центре предположили, что чувствительный магнитный шлем сможет улавливать церебральные контакты и выявлять проблемы, позволяя врачам раньше диагностировать деменцию, оценивать эффективность лекарств и даже помогать предотвращать появление симптомов у тех, кому своевременно был поставлен диагноз, дабы обеспечить более продолжительную и полноценную жизнь.

 

Узнать больше на Quantum Technology Conference ►►►