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TECH INSIGHT QUANTUM SENSORS La prosecuzione della navigazione nei casi in cui non sono disponibili le funzionalità di triangolazione dipende da mi- sure accurate della distanza percorsa, della direzione, della velocità e del tempo. Gli attuali sensori di movimento, gi- roscopi e oscillatori locali (clock) non hanno un’accuratezza sufficiente per la navigazione di precisione. I sensori quan- tistici e gli orologi atomici, invece, sono fondamentalmente molto più precisi dei dispositivi tradizionalmente utilizzati, e sono quindi in grado di fornire un accesso locale a sistemi di navigazione inerziale precisi senza dipendere dal siste- ma GNSS. Orologi atomici e atomi freddi Tutti gli orologi misurano il tempo utilizzando una qualche forma di risonatore o oscillatore. Per centinaia di anni, la tecnologia degli orologi è migliorata in termini di precisio- ne, passando dalla misura delle ore ai minuti, ai secondi, ai millisecondi e così via. Questo aumento di sensibilità è stato possibile grazie all’utilizzo di oscillatori a frequenza più elevata. Attualmente è disponibile in commercio una serie di orologi atomici che utilizzano oscillazioni ad alta frequenza tra i livelli energetici atomici, oltre ad altri in fase di sviluppo che mirano a offrire misure del tempo con una precisione ancora maggiore da parte di aziende come Microsemi ( Microchip Technology ), Teledyne , Infleqtion e altri. In maniera analoga, i giroscopi quantistici posso- no utilizzare la sensibilità di alcune proprietà quantistiche, come lo spin, per determinare la rotazione con un eleva- to grado di precisione. Altri stanno addirittura studiando le potenzialità dei gravimetri quantistici e dei sensori di campi magnetici quantistici per applicazioni di mappatura e navigazione. Esistono diversi approcci alla produzione di tecnologia quantistica per una varietà di applicazioni di rilevamento. Nel report dedicato ai sensori quantistici di IDTechEx ne vengono illustrati alcuni: fotonica, superconduttori, vapori alcalini, diamanti e altri ancora. Il metodo sviluppato da In- fleqtionnella recente dimostrazione di volo conBAE è quel- lo degli “atomi ultrafreddi”. I laser possono essere utilizzati per intrappolare gli atomi, rendendo i loro livelli energetici così bassi da dar luogo a un effetto di raffreddamento. In questo stato, le proprietà quantistiche degli atomi possono essere manipolate per effettuare misure precise. Grazie a trappole magneto-ottiche specializzate, celle ad altissimo vuoto, pompe ioniche, sorgenti di atomi di rubidio e ottica, Infleqtion è stata in grado di disaccoppiare completamen- te la misura della posizione dall’ambiente circostante e di contribuire a eliminare la dipendenza dal GPS per la navi- gazione all’interno di un aereo. Uno sguardo al mercato A oggi, molte tecnologie di rilevamento quantistico non sono adatte a soddisfare le esigenze di navigazione del mercato di massa, essenzialmente a causa del costo e de- gli ingombri elevati. Si tenga presente, ad esempio, alcune tecnologie ad atomi freddi richiedono ancora un fattore di forma per montaggio a rack. Tuttavia, sul lungo periodo, in molte applicazioni di navigazione di precisione l’obiet- tivo è realizzare soluzioni sotto forma di chip. Ciò potrebbe coincidere con l’avvento, nel prossimo decennio, dei veicoli a guida autonoma: in questo settore, la precisione di navi- gazione di pochi cm è essenziale, ma anche le dimensioni, il peso, la potenza e il costo rappresentano elementi critici. Inoltre, all’interno di ambienti urbani densi, molti utenti di smartphone e wearable hanno difficoltà a navigare utiliz- zando le app, per esempio Google Maps, a causa della per- dita del segnale GPS. In questo contesto, una soluzione in grado di assicurare una maggiore precisione sarebbe sicu- ramente apprezzata. Nel complesso, anche se i sensori quantistici possono sem- brare oggi una nicchia, il loro potenziale per il mercato di massa non deve essere trascurato. Mentre i primi utiliz- zatori del settore aerospaziale iniziano a mettere in luce le potenzialità della tecnologia quantistica, è assai probabile che altri mercati, in partico- lare quello automobilistico, lo seguano in un prossimo futuro. Il mercato dei sensori quantistici raggiungerà quota 7,1 miliardi di dollari nel 2044 con un incremen- to su base annua del 18% (Fonte: IDTechEx) ELETTRONICA OGGI 521 - OTTOBRE 2024 27