Kvantesensorer åpner nye muligheter på mange områder
Økt samarbeid mellom norsk industri og universiteter innenfor kvantefysiske sensorer er en vinn-vinn situasjon for samfunnet. Slike sensorer kan gi nye muligheter innen for eksempel mineralutvinning og landbruk.
Potensialet til kvantedatamaskiner er det snakket mye om. Færre kjenner til at det finnes mye mer velutviklede praktiske anvendelser av kvantefysikk som er direkte relevante for norske bedrifter og industri.
Kvantefysiske effekter kan brukes til å lage ultrafølsomme sensorer av blant annet magnetiske felt [1], samt endringer i jordas form, bevegelse, og tyngdefelt [2]. Presisjonsmålinger av slike størrelser har klare anvendelser i norsk industri, for eksempel innenfor kartlegging av terreng og havbunn for utvinning av mineraler og andre ressurser.
En økt satsning på samarbeid mellom norsk industri og universiteter innenfor kvantefysiske sensorer er en vinn-vinn-situasjon for samfunnet.
Tradisjonelle sensorer er begrenset av følsomheten til deteksjonsmetodene, men disse nye teknikkene kan potensielt langt overgå disse begrensningene.
Selv om kvantedatamaskiner har potensial til radikale fremskritt innen informasjonsteknologi i fremtiden, er tiden mer moden for å benytte seg av det kvantefysikken har å tilby innen høypresisjonsmålinger.
- Les også: Ein fysikars våte draum
Svært sensitive måleapparater
Studier på kvantesensorer er et fagfelt som har som mål å utvikle svært sensitive måleapparater ved å bruke grunnleggende prinsipper fra kvantemekanikk.
Tradisjonelle sensorer er begrenset av følsomheten til deteksjonsmetodene, men disse nye teknikkene kan potensielt langt overgå disse begrensningene.
Disse måleapparatene utnytter til fulle materiens bølgenatur for å måle fysiske størrelser som magnetiske og elektriske felt, temperatur, trykk og til og med gravitasjonsbølger.
Ett eksempel på en slik sensor er atomklokken, som bruker vibrasjonsfrekvensen til atomer for å måle tid med ekstrem presisjon. Andre eksempler på kvantesensorer inkluderer magnetometre som kan oppdage små magnetiske felt.
Ved å gi detaljert informasjon om jord- og mineralegenskaper, kan kvantesensorer bidra til å redusere miljøpåvirkningen fra mineralutvinning. Illustrasjonsfoto: Colourbox
Kvantesensorer har mange bruksfelt
Kvantesensorer kan revolusjonere områder som navigasjon og medisinsk bildebehandling.
Det samme kan sies om noe så jordnært som mineralutforskning og landbruk. I mineralutforskning kan kvantesensorer oppdage mineraler som er vanskelige å finne ved bruk av tradisjonelle letemetoder.
De vil muliggjøre undersøkelser av mineralforekomster på helt andre dyp enn det som er tilgjengelig idag.
Dette er helt sentrale problemstillinger som verdenssamfunnet er tvunget til å ta stilling til.
De vil kunne gi bønder detaljert informasjon om jordas fruktbarhet, avlingshelse og vannbruk. Denne informasjonen kan brukes til å optimalisere avlinger og redusere avfall.
Ved å gi detaljert informasjon om jord- og mineralegenskaper, kan denne typen nye sensorer bidra til å redusere miljøpåvirkningen fra disse industriene, gjøre dem mer bærekraftige og bidra til et grønt skifte.
Kvantesensorer sentrale for verdenssamfunnet
Dette er helt sentrale problemstillinger som verdenssamfunnet er tvunget til å ta stilling til, for å kunne brødfø en stadig voksende befolkning på en bærekraftig måte.
Det er klart at grunnforskning på dette feltet vil være helt nødvendig. Kvantesensorer er bare ett eksempel, av mange, hvor grunnleggende forskning innen naturvitenskap vil være helt nødvendig for å kunne skape avgjørende teknologiske gjennombrudd.
Norge har fagfolk i verdenstoppen
Norge, en av verdens rikeste nasjoner per person, har forskere som hevder seg i verdenstoppen i de aktuelle forskningsfeltene, og må bidra til dette.
I Norge har tunge industriaktører som Equinor og Yara de økonomiske musklene som skal til for å kunne støtte opp om den frie grunnforskningen som er nødvendig. I tillegg må Norges Forskningsråd få de nødvendige midlene til å kunne finansiere den frie grunnforskning i tilstrekkelig grad.
Må satse på grunnforskning
Grunnforskning innen fysikk er sentral for oppdagelser av ny teknologi.
Historien fra det 19. og 20 århundre forteller oss at grunnforskning innen fysikk er sentral for oppdagelser av ny teknologi.
Eksperimenter med elektromagnetiske bølger på slutten av 1800-tallet la grunnlaget for å kommunisere over lange avstander med radiobølger.
Ideer som vokste frem på begynnelsen av 1900-tallet om stimulert emisjon i atomer, førte til laserteknologi.
Mye sentral teknologi i dagens samfunn har altså sin opprinnelse i ren grunnforskning utført for mange tiår siden.
Eksperimentelle målinger av elektrisk motstand i magneter på slutten av 1980-tallet, uten noen hensikt om praktisk anvendelse, revolusjonerte ti år senere magnetisk lagringsteknologi. Dette er basisen i de enorme lagringsskyene til Google, Apple, Microsoft og Facebook.
Nitidig grunnforskning på å sende elektromagnetiske signaler gjennom ultrarene fiberoptiske kabler la grunnlaget for verdens viktigste infrastruktur, internett.
Listen over eksempler kan gjøres mye lengre. Mye sentral teknologi i dagens samfunn har altså sin opprinnelse i ren grunnforskning utført for mange tiår siden.
[1] R. Kleiner, D. Koelle, F. Ludwig and J. Clarke, Superconducting quantum interference devices: State of the art and applications, in Proceedings of the IEEE, vol. 92, no. 10, pp. 1534-1548, Oct. 2004, doi: 10.1109/JPROC.2004.833655.
[2] Stray, B., Lamb, A., Kaushik, A. et al. Quantum sensing for gravity cartography. Nature 602, 590–594 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-021-04315-3
