Kuantum sıçraması: Kuantum sensörleri robotikte nasıl devrim yaratıyor?

Son Ant-Man filmi, kuantumu ışıklandırmak için harika bir iş çıkardı, ancak geleceği kuantum bilimi kurgudan bile daha parlak parlıyor. Tek bir uygulama olan kuantum sensörleri, halihazırda dünyamızdaki en önemli sistem ve teknolojilerin temelidir – küresel konumlandırma sistemleri (GPS) ve manyetik rezonans görüntüleme (MRI) tarayıcıları en iyi örneklerdir.

Kuantum sensörler ve kuantum AI sadece bir başlangıç: Robotlar artık kuantum sensörü tedavisi görüyor. Kuantum sensörleri, robotların çalışma şeklini ve onları önemli noktalara nasıl uyguladığımızı güçlendirecek. 21. yüzyılın zorlukları.

Kuantum sensörleri neden önemli?

Modern teknoloji, fiziksel ortamın ısısını, ışığını, hareketini, basıncını veya diğer yönlerini ölçen sensörlerle doludur. Kuantum sensörleri yeni bir şey ekler. Kuantum özelliklerini kullanırlar. parçacıklar atomik ölçekte nasıl davranır yerçekimi, elektrik veya manyetik alanlardaki küçük hareketleri veya değişiklikleri algılamak için.

Çok küçük bir ölçekte çalıştıkları için, kuantum sensörleri ışığı veya diğer gözlemlenebilir olayları son derece doğru bir şekilde ölçebilir. sağlayabilecekleri anlamına da gelir. son derece hassas ve atomların yapısı veya atomik parçacıkların spinleri gibi asla değişmeyen özellikleri ölçtüğü için kararlı ölçüm.

Bu doğruluk ve güvenilirlik, kuantum sensörlerini çok kullanışlı hale getirir. Atomik saatlerin tik taklarının zamanın ritmine sadık kalmasını sağlarlar, bu da onları GPS ve diğer Konumlandırma, Navigasyon ve Zamanlama (PNT) sistemlerinin kalbine yerleştiren bir kalitedir. Ayrıca, klinisyenlere sağlamak için MRI tarayıcılarında yaygın olarak kullanılırlar. ince detaylı teşhis görüntüleri. Ve ayrıca yardım ediyorlar çevresel verileri iyileştirmek küresel sürdürülebilirlik çabalarının hayati bir yönü olan bilim adamları ve endüstri için kullanılabilir.

Gürültülü verilerin zorlukları

Yine de, bazen çok hassas ve hassas olmanın daha az yararlı olabileceğini belirtmek önemlidir. Bunun nedeni, verilerde çok fazla gürültüye neden olmasıdır. Gürültülü veriler, EY kuantum veri bilimi ekibimiz gibi ekiplerin içgörüleri gürültüden ayırmak için yapay zeka uygulayarak üstesinden geldiği bir zorluktur.

Aslında, kuantum algılamayı diğer teknolojilerle birleştirmek, çok fazla potansiyele sahip bir stratejidir. Kuantum algılama ve robotik buna iyi bir örnektir. Kuantum sensörlerinin çoğunun küçük boyutları ve yüksek hassasiyetleri, robotik kollar için fiber optik kablolarda dokunsal algılama elemanları olarak kullanılmalarına yol açmıştır – robot kolunun çevresini şu şekilde algılamasına yardımcı olur: kesin bilgileri tespit etmek basınç, titreşim, sıcaklık veya doku hakkında.

Bu güçlü kombinasyonun diğer potansiyel uygulamaları da ortaya çıkıyor. Örneğin, mobil robotlarla birlikte kuantum sensörlerini görmeye başlıyoruz. Sıcaklık veya manyetik alanlardaki küçük değişiklikler gibi sensörler tarafından algılanan ortam hakkında bilgiler, robotun daha hassas hareketler ve kararlar almasının yanı sıra başka amaçlar için değerli veriler toplamasını sağlayabilir.

Mobil robotlar harika kuantum sensör taşıyıcıları yapıyor

Bunu, hareket etmek ve veri toplamak için tasarlanmış dört ayaklı bir robot olan Spot’a bir kuantum sensörü bağlayarak kendimiz test ettik. Test ettiğimiz kuantum sensörü, fotosentetik olarak aktif radyasyon (PAR) olarak adlandırılan, bitki büyümesini etkileyen ışık türünü ölçmek için tasarlanmıştır. Daha kesin olarak, sensör sayısını ölçer fotosentetik olarak aktif fotonlar o konumdaki bir bitkinin ne kadar PAR alacağını görmek için belirli bir zamanda belirli bir konumda.

Sensör, hem su altında hem de yer altında yapay olarak aydınlatılan seralar gibi ortamlarda sağlam ve güvenilir olduğundan, onu Spot gibi mobil robotlara takmak, ışığı izlemenin ve yönetmenin hayati önem taşıdığı tarımda değerli bir potansiyele sahiptir. Ayrıca, küresel gıda güvenliğine yönelik kullanımlarına yardımcı olmak için çöldeki tarlalar veya yer altı çiftlikleri gibi ortaya çıkan büyük ölçekli biyo-ekosistemlerin modellenmesine yardımcı olabilir.

Katar projesini inceleyen bir proje gibi, bu alanda şimdiden öncü araştırmalar görüyoruz. optimum büyüme stratejileri domates gibi ışığa çok duyarlı sera bitkileri için, ülkenin gıda güvenliğini besleyen bir proje, ithal ürünler yerine yerel olarak yetiştirilen ürünlere odaklanıyor.

Kuantum sensörlerini mobil robotlarla eşleştirmede büyük potansiyel

Basit bir kavram kanıtı olarak, sensörümüzü standart bir GoPro montajıyla Spot’a taktık ve robotu, sensörün hafif ölçümler alabilmesi için ofis bahçemizde hareket edecek şekilde programladık. İlk bulgumuz, Danimarka’da kış mevsiminin ne yazık ki bitkilerimiz için “uygun olmadığı” oldu!

İkincisi, kuantum sensörlerini mobil robotlarla eşleştirmenin neden bu kadar potansiyele sahip olduğunu ilk elden görmekti. Spot’u zaman içinde bahçede düzenli ölçümler yapacak şekilde programlama yeteneğinde özel bir değer gördük.

Spot’unki gibi robota monte PAR sensörlerinin tarımsal kullanımlarının ötesinde, kuantum yerçekimi sensörlerine sahip robotlar, yer altı yapılarını haritalama yeteneğimizi değiştirebilir. Yerçekimi alanlarındaki farklılıkları daha kesin bir şekilde ölçen bu sensörler, tünellerin, mağaraların veya düdenlerin daha doğru haritalanması yoluyla inşaat risklerinin azaltılmasına yardımcı olabileceği gibi, çevre bilimcilerin patlama ve sel risklerini yönetmek için magma akışı veya yeraltı suyu seviyelerini modellemelerine ve tahmin etmelerine yardımcı olabilir. .

Robotlar ayrıca bir kuantum sensör yükseltmesi için sıraya girdi

Kuantum sensörlerini zorlu ortamlara sokmak, robot-kuantum sensör eşleştirmesinin tek avantajı değil. Kuantum sensörleri, robotların daha iyi gezinmesine de yardımcı olabilir. Spot gibi otonom robotlar veya sürücüsüz arabalar için güvenli ve doğru bir şekilde gezinebilmek çok önemlidir.

Burada da kuantum sensörleri bir rol oynayacak gibi görünüyor. Aralık 2020’de SPIDAR projesi, otonom araçlar için kuantum tabanlı LiDAR sistemleri geliştirmek üzere Birleşik Krallık hükümetinden fon aldı. Bir nesne tarafından yayılan tek fotonları algılayarak ve bunu algılanan nesnenin mesafesini ölçmek için kullanarak, ÖRÜMCEK bir nesnenin bir araca ne kadar yakın olduğunu mevcut 3 boyutlu kamera sistemlerinden çok daha yüksek hassasiyetle algılayabilecek.

Nesnelere giden ve nesnelerden gelen lazer ışını seyahat süresini 100 milisaniye aralığında doğrulukla ölçen mevcut LiDAR sistemleriyle karşılaştırıldığında, SPIDAR benzeri kuantum LiDAR, foton seyahat süresini saniyenin trilyonda biri kadar ölçecektir. Ayrıca siste veya potansiyel olarak köşelerdeki nesneleri tespit edebilecekler. mevcut LiDAR yapamaz. Kuantum LiDAR yükseltmesi, kesinlikle içinde veya yanında kendimizi güvende hissedebileceğimiz otonom araçlara yönelik olumlu bir hareket gibi geliyor.

Kuantum sensörler, günlük yol kullanıcılarından uzakta, dronlar ve otonom askeri araçlar gibi robotların, GPS sistemlerinin çalışmadığı veya sömürülebilir bir zayıflık olabileceği ortamlarda gezinmesine de yardımcı olacak. Bu GPS olmayan PNT sistemleri genellikle yerçekimi ve atomik hızlanmadaki küçük değişiklikleri ölçen soğuk hapsolmuş iyon kuantum sensörleri kullanır. Teknoloji küçüldükçe ve daha dayanıklı hale geldikçe, uzmanlar inanıyor bu sistemler ticaret ve savunma sanayiinde önemli bir potansiyele sahip olacaktır.

Kuantum ve robot eşleşmesi sensörlerle bitmiyor

Kuantum sensörleri ve robot bilimi ile ilgili ıslık çalan turumuz bu kombinasyonun ne kadar fırsat sunacağını gösterir çünkü teknoloji gelişmeye devam ediyor. Ama ne yapar kuantum ve robotik eşleşmesi daha da heyecan verici özellikle yapay zekayı eklediğinizde, daha geniş potansiyeli karışım.

Bilgisayar görüşü ve makine öğrenimi (ML) gibi yapay zeka teknolojileri otonom mobil robotların nasıl algıladıkları ve engellerden kaçının ve faaliyetlerini belirli bir çerçevede planlayın çevre. Ancak AI işlemcileri küçük ve hafif yapmak daha küçük robotlara entegre olacak kadar büyük bir teknik meydan okumak. Bunun nedeni, yapay görme gibi süreçlerin büyük miktarda bilgi işlem kaynağı gerektirir.

Uzmanlar, kuantum hesaplamanın bunun üstesinden gelebileceğine inanıyor Algoritmaları çok daha hızlı, çarpıcı biçimde çalıştırarak meydan okuyun gereken işlem gücünü azaltır. Bunu yapmak yararlanmak için daha birçok fırsat açın mobil robotlar. Bu, kuantum AI’nın yalnızca bir örneğidir. robot bilimine uygulanır — kuantum ML’nin robotlara yardım etme potansiyeli gibi diğerleri daha hızlı öğrenayrıca keşfediliyor ve şüphesiz diğer verimli eşleştirmeler takip edecek.

Sonuç olarak, kuantum robotiğinin bir yenilikçilerin, bilim adamlarının ve hükümetlerin genişletmek için istekliler. Eminiz ki kuantum sensörler ve kuantum AI sadece başlangıç. Yapacağız Kuantum robotları daha da büyürken yakından izliyor olun potansiyellerini gerçekleştirme yolunda adımlar atıyor. Yaptıkları gibi, onlar kuantum alan kuantum uygulamaları grubuna katılacak kurgu alemlerinin çok ötesinde bilim.

Jeff Wong, şirketin küresel baş inovasyon sorumlusudur. EY.

Kristin Gilkes şu anda küresel inovasyon kuantum lideridir: EY.

Bu makalede yansıtılan görüşler yazarların görüşleridir ve küresel EY organizasyonunun veya üye firmalarının görüşlerini yansıtması gerekmez.