หลายคนอาจจะเคยได้ยินเกี่ยวกับ คอมพิวเตอร์ควอนตัม (Quantum Computer) กันมาบ้างแล้ว แต่ “เซ็นเซอร์ควอนตัม” ล่ะ? เรื่องนี้อาจยังใหม่สำหรับหลายคน โดยล่าสุด Bosch กำลังพัฒนาเซ็นเซอร์วัดสนามแม่เหล็กแบบควอนตัม (magnetic-field quantum) ที่ใช้ “พลังของฟิสิกส์ควอนตัม” เพื่อให้สามารถวัดค่าได้อย่างแม่นยำสูงสุด และยังมีขนาดเล็กกว่าวิธีการอื่น ๆ อย่างมาก เช่น SQUID (Superconducting Quantum Interference Device), เซลล์ไอระเหย (vapor cells), หรือกับดักแสง (optical traps) ที่มักใช้ในเซ็นเซอร์ควอนตัมทั่วไป
Bosch Quantum Sensing (ชื่อเต็มของบริษัท) อธิบายเพิ่มเติมว่า เซ็นเซอร์ควอนตัมของบริษัทนั้นเหนือกว่าระบบเซ็นเซอร์ทั่วไป โดยให้ทั้งช่วงการวัดที่กว้างกว่า, ความไวในการตรวจจับที่สูงกว่า, และความละเอียดเชิงพื้นที่ที่ดีกว่า ปัจจุบันบริษัทมีบอร์ดต้นแบบ/evaluation board ของเซ็นเซอร์ควอนตัมนี้ภายใน ซึ่งมีขนาดประมาณสมาร์ทโฟน ดังนั้นจึงยังถือว่ามีขนาดใหญ่กว่าสมาร์ทเซ็นเซอร์ทั่วไปอยู่พอสมควรในตอนนี้
เซ็นเซอร์วัดสนามแม่เหล็กแบบควอนตัมของ Bosch สามารถวัดความเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของสนามแม่เหล็กได้อย่างแม่นยำ รวมถึงสนามแม่เหล็กของโลก และยังสามารถวิเคราะห์ทั้ง ทิศทาง และ ความเข้มของสนามแม่เหล็ก ได้ด้วย ซึ่งเทียบได้กับการสร้างภาพสนามแม่เหล็กแบบ 3 มิติเลยทีเดียว ความสามารถนี้เปิดทางให้เกิดแอปพลิเคชันในด้านชีวการแพทย์ เช่น การวัดคลื่นหัวใจด้วยสนามแม่เหล็ก (Magnetocardiography หรือ MCG) ซึ่งเป็นทางเลือกแบบไม่สัมผัสแทนการตรวจคลื่นไฟฟ้าหัวใจ (ECG) และยังสามารถประยุกต์ใช้กับอินเทอร์เฟซเชื่อมต่อสมองมนุษย์กับคอมพิวเตอร์ (brain-computer interfaces หรือ BCIs) ซึ่งหมายความว่าในอนาคต เซ็นเซอร์ควอนตัมอาจถูกนำไปใช้ในอุปกรณ์สำหรับผู้บริโภค เช่น แว่น VR/AR หรือ XR นอกจากนี้ยังมีประโยชน์ในการระบุตำแหน่งภายในอาคาร หรือในสถานที่ที่สัญญาณ GPS อ่อน, ไม่มี หรือถูกแทรกแซงได้อีกด้วย
แล้วมันทำงานอย่างไร? Bosch อธิบายว่า าเซ็นเซอร์วัดสนามแม่เหล็กแบบควอนตัมของบริษัทใช้เพชรเป็นแกนหลักของตัวตรวจวัด โดยใส่อะตไนโตรเจนเข้าไปในโครงสร้างของเพชรเพื่อสร้างตำแหน่งบกพร่องที่เรียกว่า NV (Nitrogen-vacancy) หรือ NV center ซึ่งจะมีอิเล็กตรอนเพิ่มเติมที่สามารถทำหน้าที่เป็น ตัวตรวจจับสนามแม่เหล็กขนาดจิ๋วได้อย่างมีประสิทธิภาพ
นี่คือรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงสร้างภายในโดยตรงจากเว็บไซต์ของบริษัท:
ตำแหน่ง NV centers เหล่านี้จะเปลี่ยน คุณสมบัติทางแสงและทางอิเล็กทรอนิกส์ของเพชร โดยเมื่อมีแสงเลเซอร์สีเขียวส่องลงไปที่เพชรผ่านชุดโฟกัสแสง อิเล็กตรอนภายใน NV centers จะถูกกระตุ้นให้ขึ้นไปอยู่ในระดับพลังงานที่สูงขึ้น เมื่ออิเล็กตรอนเหล่านี้กลับลงสู่สถานะพลังงานพื้นฐาน พวกมันจะปล่อยโฟตอน (photon) ออกมา ซึ่งจะมองเห็นได้เป็นแสงสีแดง จากนั้นแสงนี้จะถูกแยกผ่านฟิลเตอร์แสงก่อนจะถูกตรวจจับโดยโฟโตไดโอด (photodiode) เพื่อวิเคราะห์ค่าต่าง ๆ ต่อไป
อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์สำคัญจริง ๆ ก็คือ ระดับพลังงานของ NV centers นั้นไวต่อการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กภายนอกอย่างมาก ซึ่งทำให้สามารถนำมาใช้เป็น ระบบควอนตัมที่อิงกับปรากฏการณ์ซีแมน (Zeeman effect) ได้ สถานะควอนตัมเหล่านี้สามารถเข้าถึงได้ด้วยคลื่นไมโครเวฟ โดยเมื่ออิเล็กตรอนอยู่ในระดับพลังงานเหล่านี้และถูกกระตุ้นด้วยแสงเลเซอร์สีเขียว พวกมันจะไม่ปล่อยแสงสีแดงออกมาอีก แต่จะเข้าสู่สถานะที่เรียกว่า dark state แทน เราสามารถปรับความถี่ของคลื่นไมโครเวฟ และสังเกตการเปลี่ยนแปลงของความเข้มแสงสีแดงที่ปล่อยออกมา เพื่อวัด ความเข้มของสนามแม่เหล็กภายนอกได้อย่างแม่นยำ
สามารถดูรายละเอียดเพิ่มเติมที่วิดีโอด้านล่าง
สิ่งที่ยังไม่ชัดเจนตอนนี้ก็คือ บริษัทมีแผนจะวางจำหน่ายเซ็นเซอร์ควอนตัมนี้เมื่อไหร่ เพราะข้อมูลที่เราพบมีเพียงว่า Bosch เพิ่งจัดตั้งบริษัทร่วมทุนกับ Element, six ซึ่งเป็นผู้ผลิตเพชรสังเคราะห์ ภายใต้ชื่อว่า “Bosch Quantum Sensing” สามารถดูข้อมูลเพิ่มเติมได้จากเว็บไซต์ของบริษัท
แปลจากบทความภาษาอังกฤษ : Bosch magnetic-field quantum sensors leverage synthetic diamonds, lasers, and microwaves for ultra-precise measurements
บรรณาธิการข่าวและบทความภาษาไทย CNX Software ได้มีความสนใจในด้านเทคโนโลยี โดยเฉพาะ Smart Home และ IoT