Jste zde

Živá ukázka kvantových senzorů na Hannover Messe 2022

Antonín Vojáček, 29. Květen 2022 - 21:00

Na letošním veletrhu Hannover Messe 2022, konající se v tomto týdnu (30.5.-2.6.), je prezentována živá ukázka prvních průmyslových kvantových senzorů Q.ANT využívajících kvantové efekty pro měření přítomnosti, velikosti i tvaru různých částic v plynech, kapalinách i sypkých materiálech.

Kvantové senzory se stávají realitou

Návštěvníky Hannover Messe čekají živé ukázky prvních průmyslových kvantových senzorů na světě. A to díky společnosti Q.ANT, která návštěvníkům poprvé umožní zažít dvě průmyslové aplikace kvantových senzorů v akci:

Měření kvality kávových zrn během mletí.
Měření růstu organismů biomasy v řasovém reaktoru.

V obou případech jde o částicové senzory, které jsou schopny měřit částice v plynech, kapalinách a sypkých materiálech způsoby, které nelze pomocí současné měřicí techniky dosáhnout. Technologickým srdcem těchto senzorů jsou kvantové efekty v excitovaném světle. Tyto efekty lze využít k analýze velikosti, tvaru a rychlosti mikročástic v jednom a tomtéž měření. Tato měření tak umožňují získat informace, které usnadní nové aplikace v polovodičovém, chemickém a strojírenském průmyslu.

Kvantové senzory na kávový prášek

Ve spolupráci se specialistou na senzory SICK představí Q.ANT kvantový senzor, který mohou výrobci potravin použít ke kontrole kvality kávy. Senzor měří velikost, tvar a kvalitu zrna, což je klíčový faktor při určování toho, jak bude každá konkrétní káva chutnat. Aby bylo dosaženo požadované úrovně kvality, kvantový senzor umožňuje výrobcům kávy nepřetržitě sledovat zrna během průmyslového procesu mletí. Ve spolupráci s významným výrobcem potravin již bylo možné provést měření / kontrolu kávového prášku v praxi. SICK nyní hodlá tento senzor distribuovat po celém světě a připravit tak cestu pro další budoucí aplikace v potravinářském sektoru, zejména v průmyslu zpracování sypkých materiálů.

Měření biomasy v řasovém reaktoru

Specialista na řízení a automatizaci Festo na veletrhu Hannover Messe také představí aplikaci obashující kvantový senzor Q.ANT. Festo jej využívá k získávání přesných informací o růstu organismů uvnitř reaktoru v reálném čase. Řasy jsou do senzoru dopravovány automaticky a nepřetržitě prostřednictvím speciálních mikrofluidních komponent vyrobených společností Festo, jako jsou čerpadla, která dokážou zpracovat extrémně malá množství kapalin s vysokou přesností. Kvantový senzor je pak schopen opticky analyzovat jednotlivé buňky za účelem přesného určení množství biomasy. Také kontroluje vitalitu buněk pomocí umělé inteligence. Kvantový senzor tak umožňuje proaktivně reagovat na procesní události a podnikat kroky k jejich regulaci s cílem podpořit rychlejší růst řas.

Řasy totiž mají ve svém přirozeném prostředí extrémně vysokou fotosyntetickou účinnost, vážou desetkrát více oxidu uhličitého (CO₂) než suchozemské rostliny. Když se řasy pěstují v bioreaktorech vybavených vhodnými senzory, řídicí technologií a automatizací, lze tuto účinnost ještě zvýšit a dosáhnout stonásobku účinnosti suchozemských rostlin. Látky vytvořené v tomto procesu lze použít jako suroviny pro léčiva, obaly a kosmetiku a nakonec je recyklovat způsoby, které vytvářejí klimaticky neutrální systém.

Q.ANT Q.P Particle Sensor

Hlavní aktuální plně funkční výrobek start-upu Q.ANT jsou Q.P částicové senzory, které umožňují snímání a analýzu částic v reálném čase a využívají se i ve výše zmíněných projektech Sick a Festo. Pracují na základě Q.ANT vyvinuté platformy Quantum Photonic Framework umožňující generovat velmi zajímavá data o měřených částicích, jako je např. tvar nebo velikosti částic. Senzor funguje bezkontaktně na optickém principu, kde proudící médium (plyn nebo kapalinu) prosvěcuje velmi specificky tvarovaným laserovým svazkem, na který se aplikuje polarizace v superpozici z více směrů. To umožňuje generovat mnohem více dat než s použitím konvenčních optických laserových senzorů.

Částice, které prolétají paprskem, totiž částečně zastiňují různé směry v superpozici. Tím senzor dokáže určit přesnou polohu částice uvnitř paprsku. Zatímco se částice pohybují v laserovém paprsku, vysoká frekvence vzorkování laserového svazku umožňuje vytvořit charakteristický vzor ("otisk"), který lze použít pro současnou analýzu velikosti, směru pohybu a rychlosti částic. Signály mají také charakteristické hodnoty v závislosti na tvaru částic a tak umožňují následnou klasifikaci s použitím algoritmů umělé inteligence (AI).

V rámci realizované Quantum Photonic Framework platformy se tak nejdříve vytvoří z elektronů fotony pomocí polovodičových laserových diod napájených nízkošumovými proudovými budiči. Ve druhém kroku pak fotony interagují s měřeným prostředím pomocí speciálních optických prvků. Nakonec jsou fotony přeměněny zpět na proud elektronů pomocí fotodetektorů a extrémně nízkošumových zesilovačů. Následuje pak analogově-digitální konverze a rychlé zpracování signálu.

Kdo je Q.ANT ?

Společnost Q.ANT vznikla jako start-up a sama sebe označuje jako lídra v oblasti kvantových počítačových čipů. A její cíle rozhodně nejsou jen kvantové senzory. Q.ANT obecně patří mezi přední německé společnosti v oblasti průmyslových produktů založených na kvantových technologiích. Uplynulo jen několik měsíců od doby, kdy stuttgartský start-up představil svůj nový proces fotonického čipu. V březnu 2022 se Q.ANT postavil do čela konsorcia, které má za úkol vybudovat demonstrační a testovací systém pro fotonické kvantové počítačové čipy. Konsorcium má počáteční rozpočet 50 milionů eur, z nichž přibližně 42 milionů eur bude pocházet od německého Spolkového ministerstva školství a výzkumu (BMBF).

Závěr

Senzorová měření využívající kvantové efekty k usnadnění nových aplikací v chemickém, polovodičovém a strojírenství jsou jistě jednou z přelomových technologií v oblasti senzoriky. Q.ANT start-up však již není jediný, už i řada dalších společností z těchto odvětví také vyvíjí a testuje kvantové senzory. Sledovat tuto oblast tak začíná být opravdu zajímavé. Proto se více této oblasti budeme věnovat i na HW serveru.