V2-24005 Kvantni senzorji

Oznaka in naziv projekta

V2-24005 Kvantni senzorji za zaznavanje časa in prostora

V2-24005 Quantum sensors for sensing time and space

Projektna skupina

Sodelujoče raziskovalne organizacije: AtomQL d.o.o., Institut "Jožef Stefan", Beyond Semiconductor d.o.o., Univerza v Ljubljani - Fakulteta za elektrotehniko

Sestava projektne skupine: Erik Zupanič, Dušan Babić, Igor Poberaj, Matjaž Breskvar, Rok Pirnat, Borut Šolar, Jernej Perko, Peter Jeglič, Izidor Benedičič, Tilen Knaflič, Jure Pirman, Katja Gosar, Boštjan Batagelj, Andrej Lavrič, Tomi Mlinar

Vsebinski opis projekta

V okviru projekta “Kvantni senzorji za zaznavanje časa in prostora” bomo natančno preučili področje naprednih kvantnih senzorjev, vključno z atomskimi urami in kvantnimi senzorji za inercijsko navigacijo (žiroskope, pospeškometre in magnetometre), kot tudi kvantne detektorje radijskih valov in kvantne radarje. Ti senzorski sistemi imajo potencial znatno izboljšati natančnost in zanesljivost časovnih, navigacijskih in detekcijskih naprav, ki so ključne tako za civilne kot tudi za obrambne in varnostne namene. Prav zaradi mogoče dvojne rabe tako v civilne kot tudi v vojaške namene predstavljajo te naprave poleg strateških prednosti tudi nove varnostne izzive.

Preučili bomo prednosti in slabosti trenutno poznanih kvantnih senzorskih sistemov, ocenili smeri nadaljnjega razvoja in trendov pri uporabi teh novih tehnologij v varnostne, vojaške in ostale namene. Pregledali in analizirali bomo stanje na področju inercijske navigacije na osnovi klasičnih ter kvantnih senzorjev in raziskali uporabo kvantnih senzorjev za inercijsko navigacijo za namene zagotavljanja varnosti in za sodobno vojskovanje, npr. v brezpilotnih letalnikih in avtonomnih vozilih. Pregledali bomo stanje na področju zaznavanja magnetnih polj s poudarkom na hitrem in natančnem lociranju magnetnih anomalij z velike razdalje ter stanje na področju razvoja in uporabe nove generacije kompaktnih atomskih ur za različne namene.

Pregledali bomo stanje na področju zaznavanje radijskih valov s kvantnimi tehnikami ter raziskali možnosti uporabe kvantnih senzorjev radijskih valov za aplikacije na področju zaznavanja okolice. Preučili bomo stanje razvoja, glavne tehnične ovire in možnosti, ki jih odpira razvoj kvantnega radarja. Na osnovi analiz bomo pripravili poročilo o stanju in prihodnjih možnostih uporabe kvantnih senzorjev na področju varnosti.

Razvili bomo laboratorijsko kvantno napravo na osnovi atomskih Rydbergovih stanj za zaznavanje radijskih valov. Rydbergovi atomi, znani po svojih velikih električnih dipolnih momentih in posledično veliki občutljivosti za elektromagnetna polja, ponujajo izjemne možnosti za detekcijo radijskih valov. Cilj projekta je zasnovati, izdelati in preizkusiti detektor, ki bo sposoben zaznavati zelo šibke radijske signale. Eksperimentalna postavitev bo omogočala karakterizacijo detektorja v različnih frekvenčnih območjih in načinih delovanja. Zmogljivosti naprave bomo natančno ovrednotili ter ocenili možnosti miniaturizacije in razvoja v obliko, ki omogoča končno uporabo.

Pripravili bomo poročilo o stanju in možnostih razvoja kvantnih senzorjev za zaznavanje časa in prostora, kvantnih detektorjev radijskih valov in kvantnega radarja, ki bi bili prilagojeni specifičnim vojaškim zahtevam, v Sloveniji, pri čemer bomo upoštevali vse vidike prenosa tehnologije iz razvojne v industrijsko fazo. Slovenija ima bogato zgodovino raziskav in razvoja na področju kvantne fizike in naprednih tehnologij, kar ponuja trdne temelje za nadaljnji razvoj kvantnih senzorjev. Glavni cilj bo identificirati obstoječe zmogljivosti in vire, ki bi jih lahko izkoristili za razvoj teh naprednih tehnologij.

Organizirali bomo dve delavnici, kjer bomo predstavili tehnologijo kvantnih senzorjev, atomske ure, kvantnega detektorja radijskih valov in kvantnega radarja s poudarkom na uporabi v vojaške in varnostne namene. Na teh delavnicah bodo predlagatelji teme in njihovi sodelavci seznanjeni z izsledki študije in priporočili na področju kvantne senzorike za zaznavanje časa in prostora.

Predlagani projekt bo pomembno prispeval k prepoznavanju strateške vrednosti in potencialnih tveganj, ki jih prinašajo obstoječe in prihajajoče kvantne senzorske tehnologije ter tako Sloveniji pomagal uskladiti njena prizadevanja s strategijami EU in NATO na področju varnosti.

Delovni sklopi

1. Pregled trenutnega stanja in možnosti uporabe kvantnih senzorjev na področju varnosti

2. Razvoj in demonstracija laboratorijske kvantne naprave za zaznavanje radijskih valov

3. Ocena stanja in možnosti razvoja in izdelave različnih kvantnih senzorjev v Sloveniji

4. Organizacija delavnic in priprava končnih poročil