04/11/2021
237 vistes
13 m’agrada
Les tecnologies quàntiques, que utilitzen propietats especials de la matèria que es manifesten a les escales més petites, també es dirigeixen a l’espai. Per destacar les aplicacions espacials d’aquest sector emergent, l’ESA ha donat suport al Oficina Europea de Patents i la Institut Europeu de Política Espacial en una enquesta de les últimes dues dècades de presentació de patents relacionades.
Des d’una línia de base baixa al tombant de segle, la taxa de sol·licituds de patents de tecnologia quàntica relacionades amb l’espai ha crescut un 400% en els últims cinc anys, superant la taxa de creixement mitjana de totes les sol·licituds de patents a tot el món.
Sovint anomenada com la teoria més exitosa del segle passat, la física quàntica sustenta el funcionament d’elements quotidians com els xips de silici, els làsers i les màquines de ressonància magnètica. Al cor d’aquesta teoria hi ha el fet aparentment contraintuïtiu que, a escales extremadament petites, els àtoms, els fotons i altres partícules comencen a comportar-se més com ones.
Això al seu torn condueix a fenòmens com la “superposició quàntica”, on una partícula pot existir en més d’un estat possible alhora, i “l’entrellat quàntic”, on les partícules enllaçades comparteixen les mateixes característiques físiques, fins i tot quan estan separades per llargues distàncies. Les tecnologies quàntiques es van proposar utilitzar un comportament tan exòtic com a base d’una informàtica més potent, un intercanvi segur d’informació i sensors d’alta sensibilitat.
L’interès governamental i comercial mundial és ampli: la UE, per exemple, ha nomenat el sector de les tecnologies quàntiques com a prioritat estratègica i el 2018 la Comissió Europea va llançar el El vaixell insígnia quàntic amb un pressupost previst d’1.000 milions d’euros en deu anys. Dins d’aquest panorama general d’investigació, l’espai forma un nínxol petit però important, que forma el 15% de les 5.564 famílies de patents enquestades.
L’enquesta es va centrar en tres tecnologies quàntiques basades en l’espai, de les quals domina la primera, que forma més del 78% del conjunt de dades de presentació de patents: “distribució de claus quàntiques”. L’ús compartit de dades actual es basa en l’intercanvi de “claus de criptografia” entre remitent i destinatari. Avui en dia, aquestes claus es comparteixen normalment a través de la infraestructura pública, però són cada cop més vulnerables a la pirateria ia ser trencades per ordinadors progressivament més potents (inclosos els “ordinadors quàntics”) de ràpid progrés.
En canvi, la distribució de claus quàntiques aprofita l’entrellat quàntic per distribuir claus que pràcticament no es poden trencar sense detecció, però els estats quàntics es pertorben fàcilment i són propensos a col·lapsar-se. Per tant, els senyals dels satèl·lits a través de l’espai lliure fan un sistema de lliurament ideal.
L’any 2012, l’ESA va rebre el rècord de distància per a la “teletransportació quàntica” d’informació amb làser mitjançant la seva estació terrestre òptica a Tenerife, des de llavors superat per satèl·lits de demostració, com ara la missió Micius de la Xina i el SpooQY-1 de Singapur. L’ESA té avui diverses missions que exploren aquest camp en desenvolupament: SAGA, QUARTS i QKDSAT, amb aquest últim un projecte de col·laboració Arqit – a més de missions nacionals en curs, com ara el ROKS del Regne Unit, el QUBE d’Alemanya i el QEYSSAT del Canadà.
La segona aplicació espacial de les tecnologies quàntiques és la “transferència de temps i freqüència”, que implica l’ús d’àtoms freds, sistemàticament alentits en el seu moviment mitjançant làsers, com a base de rellotges d’alta precisió per al posicionament, la navegació i el temps. De moment, això representa el segment més petit de la base de dades, amb només un 8,4% del conjunt de dades.
La tercera i última aplicació és “Detecció i observació de la Terra”, que torna a utilitzar àtoms freds refrigerats per làser per crear instruments altament sensibles per al mapeig de la gravetat i el seguiment de les característiques de la Terra, com ara dipòsits enterrats, oceàs i fluxos de gel. També es podrien utilitzar en el futur per al processament de senyals òptics i de ràdio millorat quàntic, o “radar quàntic” basat en l’espai. Aquests representen el 13,8% del conjunt de dades de patents.
L’enquesta va trobar que la majoria de les sol·licituds d’aquests tres camps no provenen dels mateixos actors clau, cosa que assenyala un alt nivell d’especialització i sinergies limitades entre ells.
Però els punts calents generals de l’activitat de presentació de patents es troben fora d’Europa, dominats en el conjunt de dades pels Estats Units, la Xina i el Japó. A Europa, les parts interessades britàniques, franceses, finlandeses i alemanyes han estat més actives.
Per assolir tot el seu potencial, les tecnologies quàntiques avançades s’han de dissenyar entorn de les limitacions de l’entorn espacial, com ara la miniaturització, la radiació i el blindatge magnètic, el consum d’energia limitat i l’alineació precisa de l’òptica i altres components per suportar les tensions de llançament, però l’examen de la patent Les tendències suggereixen que estan sorgint possibles solucions tècniques.
Informe de tecnologies quàntiques
Amb la seva sèrie d’informes sobre les patents, l’Oficina Europea de Patents ha fet esforços per conscienciar sobre l’impacte de la propietat intel·lectual i identificar tecnologies futures i emergents.
Per llegir l’informe de tecnologies quàntiques i espai sencer, feu clic aquí.
