سنناقش في هذه المقالة أنواع تقنيات الاستشعار الكمي وتأثيرها على التصنيع وإلى أين يتجه هذا المجال. صدق أو لا تصدق، الاستشعار الكمي هو مجال تكنولوجي موجود منذ أكثر من 50 عامًا ويستخدم الآن على نطاق واسع في أجهزة الليزر مثل LIDAR والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) والخلايا الكهروضوئية.
على الرغم من أن المجتمع يتمتع بالفعل بفوائد هذه التقنيات، إلا أنها ليست معروفة جيدًا مثل الحوسبة الكمومية والاتصالات الكمومية التي نوقشت على نطاق واسع. تشير "الميزة الكمومية" التي يتم الاستشهاد بها كثيرًا إلى قدرة أجهزة الكمبيوتر الكمومية على حل المشكلات في فترات زمنية قصيرة جدًا، مما يجعل المشكلات غير العملية والمعقدة في السابق ممكنة. غالبًا ما تتم مناقشة الاتصالات الكمومية في سياق الأمن السيبراني. كلا المجالين ينموان بسرعة، ولكن لا يزال أمامهما عدة سنوات قبل أن يصبحا في كل مكان.
الأساليب الرئيسية للاستشعار الكمي هي الضوئيات وأنظمة الحالة الصلبة. تتعامل الضوئيات مع معالجة الضوء بعدة طرق، بينما تتعامل أنظمة الحالة الصلبة مع أجهزة استشعار تكون في حالة كمومية معروفة تتغير نتيجة للتفاعل مع المحفز (ما تريد قياسه). ضمن هذه الأساليب، تنقسم تقنيات الاستشعار الكمي إلى خمس فئات مختلفة ولها نقاط قوة متكاملة.
(1) التصوير الكمي- استخدام الليدار/الرادار الكمي للكشف عن الأجسام المتحركة أو المخفية، مع مجال التطبيق الأكثر شهرة وهو الدفاع الوطني.
(2) أجهزة الاستشعار الكهرومغناطيسية الكمومية- تقوم هذه المستشعرات بقياس المجالات الكهرومغناطيسية الديناميكية باستخدام مراكز الشواغر النيتروجينية والأبخرة الذرية والدوائر فائقة التوصيل. وهي تستخدم أيضًا في تطبيقات الدفاع، ولكنها تستخدم أيضًا في الرعاية الصحية، مثل التصوير بالرنين المغناطيسي.
(3) الجاذبية& Gمقاييس الإشعاع- يقيسون قوة وتنوع مجال الجاذبية على التوالي. وتشمل التطبيقات الحالية الظواهر الجيوفيزيائية في باطن الأرض، وتستخدم بشكل رئيسي في قطاع الطاقة للعثور على الخزانات.
(4) موازين الحرارة& Bمقاييس الضغط (MقياسTدرجة الحرارة& Aالغلاف الجويPطمأنة,Rعلى التوالي)- هذه الأدوات المتخصصة أكثر حساسية بكثير من تلك المستخدمة عادة، وتحقق دقة أعلى في التطبيقات الحرجة مثل الغواصات أو الطائرات من خلال استخدام السحب الذرية الباردة وأجهزة الواجهة الكمومية فائقة التوصيل.
(5) خاصSاستشعارAتطبيقاتWإيثQuantumCالحوسبة أوCالاتصالات أوA Cمزيج منBغير ذلك- تحتاج هذه التطبيقات إلى مزيد من التطوير مع نضوج تقنيات الحوسبة الكمومية والاتصالات.
في البداية، تم استخدام تكنولوجيا الاستشعار الكمي في المنتجات التي نراها عادة اليوم، مثل الكاميرات الرقمية. إن الجيل التالي من تكنولوجيا الاستشعار الكمي الذي يصبح متاحًا تجاريًا سوف يفيد الشركات المصنعة بعدة طرق: من خلال توفير حساسية عالية للغاية في القياسات التي تتطلب الدقة والدقة، ومن خلال الظهور المنتظم لحالات استخدام جديدة في مجال الطيران والطب الحيوي والكيميائي. وصناعة السيارات والاتصالات. وهذا ممكن لأن هذه المستشعرات تستخدم الخصائص الكمومية للأنظمة لقياس التغيرات والميزات الفيزيائية الصغيرة في تلك الأنظمة.
تم تصميم الجيل القادم من تكنولوجيا الاستشعار الكمي ليكون أصغر حجمًا وأخف وزنًا وأكثر فعالية من حيث التكلفة من سابقه، ويوفر دقة قياس عالية بشكل لا يصدق مقارنة بتقنيات الاستشعار التقليدية. تتضمن حالات الاستخدام المبكر قياسات مراقبة الجودة على المنتجات عالية الجودة من خلال تحديد العيوب الصغيرة، والقياسات الصارمة على المنتجات الدقيقة، والاختبارات غير المدمرة عن طريق قياس ما هو مخفي تحت السطح.
تشمل العوائق الحالية التي تحول دون اعتماد الجيل التالي من تقنيات الاستشعار الكمي تكاليف التطوير والوقت، مما قد يؤخر اعتمادها في جميع أنحاء الصناعة. وتشمل التحديات الأخرى تكامل أجهزة الاستشعار الجديدة مع أطر البيانات الحالية والتوحيد القياسي داخل الصناعة - وهي قضايا تعكس العديد من تحديات اعتماد واستيعاب التقنيات الناشئة. الصناعات الأقل حساسية للسعر والتي ستستفيد أكثر سوف تأخذ زمام المبادرة. بمجرد أن تثبت صناعات الدفاع والتكنولوجيا الحيوية والسيارات التطبيقات وحالات العمل لهذه التقنيات الحساسة، ستظهر حالات استخدام إضافية مع تطور التكنولوجيا وتوسيع نطاقها. ستصبح طرق وتقنيات القياس بدقة أعلى أكثر أهمية حيث تتبنى الصناعة التحويلية تقنيات جديدة لتحسين الدقة والمرونة دون التضحية بالجودة أو الإنتاجية.
ومن المهم التركيز على الفوائد التي يمكن تحقيقها من خلال الجمع بين التقنيات الرائدة الأخرى والاستشعار الكمي، مثل الشبكات اللاسلكية. وسوف تستفيد أيضاً الصناعات المرتبطة بالتصنيع، مثل البناء والتعدين. إذا تمكنت التكنولوجيا من تطوير هذه المستشعرات لتكون صغيرة ورخيصة بما فيه الكفاية، فمن المحتمل أن تجد طريقها إلى هاتفك الذكي أيضًا.
وقت النشر: 30 يناير 2024