فهرس المحتويات
- الملخص التنفيذي: لمحة عن سوق 2025 والاتجاهات الرئيسية
- أسس القياس الكمي والمغناطيسية الكمية
- التكنولوجيات الرائدة الحالية وقدراتها
- اللاعبون الرئيسيون في الصناعة والمبادرات الاستراتيجية الحديثة
- التطبيقات الرئيسية: التصوير الطبي، والملاحة، وعلوم المواد
- توقعات السوق 2025-2030: محركات النمو وتوقعات الإيرادات
- الشركات الناشئة الناشئة ومراكز الابتكار
- البيئة التنظيمية وتطوير المعايير
- التحديات: قابلية التوسع، ودمج الأنظمة، وحواجز التكلفة
- آفاق المستقبل: الإمكانيات المدمرة وفرص الاستثمار
- المصادر والمراجع
الملخص التنفيذي: لمحة عن سوق 2025 والاتجاهات الرئيسية
شهد القياس الكمي تقدمًا سريعًا خلال العقد الماضي، مما رسخ مكانته كتكنولوجيا تحويلية في المغناطيسية الدقيقة للغاية لقطاعات تتراوح من العلوم الأساسية إلى تشخيصات طبية والتصنيع المتقدم. في عام 2025، يشهد سوق أجهزة القياس المغناطيسي المعزز بالكم نموًا قويًا، مدعومًا بالابتكارات في أجهزة الاستشعار الكمية – وخاصة تلك المعتمدة على مراكز الشوائب النيتروجينية (NV) في الألماس، وأجهزة التدخل الكمومية الفائقة التوصيل (SQUIDs)، وأجهزة القياس المغناطيسي التي تستخدم الضخ الضوئي (OPMs). تقوم الشركات المصنعة الرائدة والمؤسسات البحثية بنشر هذه الأدوات في البيئات العملية، مستهدفةً تطبيقات مثل التصوير البيومغناطيسي والملاحة واستكشاف المعادن والأمن.
تتمثل إحدى الاتجاهات الملحوظة في عام 2025 في تسويق أجهزة القياس المغناطيسي الكمية المدمجة التي تعمل بدرجة حرارة الغرفة. على سبيل المثال، Qnami قد تقدمت في نشر أجهزة قياس كميه تعتمد على الألماس يمكنها رسم خرائط المجالات المغناطيسية على نطاق نانوي بحساسية غير مسبوقة، وهي تقوم الآن بالاعتماد عليها في تحليل عيوب أشباه الموصلات وأبحاث السبينترونكس. وبالمثل، QuSpin تواصل توسيع نطاق مجموعة OPMs الخاصة بها، التي يتم استخدامها في أنظمة تصوير المخ الكهربائي (MEG) للتصوير الدماغي غير الجراحي، مقدمةً دقة مكانية أعلى وقابلية نقل مقارنة مع الأنظمة التقليدية المبردة.
على صعيد الصناعة، فإن قطاعات السيارات والطيران تدمج أجهزة القياس المغناطيسي الكمية لتعزيز الملاحة والت定位، خاصة في البيئات التي يكون فيها نظام تحديد المواقع (GPS) غير موثوق. أفادت Lockheed Martin بأنها تقوم بمشاريع تجريبية مستمرة لتقييم أنظمة الملاحة المعززة بالكم لصالح الطائرات ومنصات الدفاع، مع نتائج تشير إلى تحسينات كبيرة في الدقة والقدرة التشغيلية.
بالتوازي، فإن المبادرات التعاونية الجديدة تسرع من انتقال القياس الكمي من المختبرات إلى النشر في الميدان. يقوم برنامج Quantum Flagship الأوروبي والجهود الوطنية مثل برنامج التقنيات الكمومية في المملكة المتحدة بتمويل مشاريع توضيحية للتحقق من أداء أجهزة القياس المغناطيسي الكمي في بيئات متنوعة (Quantum Flagship). في الولايات المتحدة، يقوم NIST بوضع معايير الأداء ومعايير التوافق لأجهزة الاستشعار الكمومية، بهدف تسهيل الاعتماد الأوسع عبر القطاعات.
عند النظر إلى عام 2026 وما بعده، تظل التوقعات إيجابية حيث تتواصل عملية التقلص، وقابلية التوسع، والتكامل مع الإلكترونيات الكلاسيكية في التحسن. على الرغم من التحديات المستمرة في الإنتاج الضخم، وتغليف الأجهزة المتين، وتقليل التكاليف، من المتوقع أن يسفر الاستثمار المستمر والشراكات بين القطاعين العام والخاص عن حلول قابلة للتسويق. كما أن الزخم في القطاع توضحها ظهور لاعبين جدد وزيادة التمويل الجريء، مما يمهد الطريق ليصبح القياس الكمي تكنولوجيا أساسية في القياسات الدقيقة والتعرف على الأنماط.
أسس القياس الكمي والمغناطيسية الكمية
يستفيد القياس الكمي من الظواهر الكمية مثل الترابط والتراكب لتجاوز الحدود التقليدية للقياس، مما يوفر تقدمًا تحويليًا في المغناطيسية الدقيقة للغاية. في السنوات الأخيرة، تم إحراز تقدم كبير في تطوير أجهزة القياس المغناطيسي المعزز بالكم استنادًا إلى مجموعة من الأنظمة الكمية، بما في ذلك مراكز الشوائب النيتروجينية (NV) في الألماس، ومجاميع الذرات الباردة، والدوائر فائقة التوصيل.
أصبحت أجهزة القياس المغناطيسي المعتمدة على NV-الألماس منصة رائدة للقياسات المغناطيسية على درجة حرارة الغرفة وعلى نطاق نانوي. تستغل هذه الأجهزة خصائص الدوران لمراكز NV، التي تكون حساسة للغاية للمجالات المغناطيسية. في عام 2024، أعلنت Element Six عن تحسينات في تقنيات تصنيع الألماس، مما ساعد على زيادة كثافة مراكز NV مع الحفاظ على أوقات توافق الدوران الطويلة. مثل هذه التقدمات تترجم مباشرة إلى حساسية محسنة، حيث حققت أحدث النماذج الأولية دقة دون البيكوتيسلا على مقاييس مكانية ميكرونية. وبالمثل، Qnami قد قامت بتسويق منصات القياس المغناطيسي NV القابلة للماسح الضوئي، مما يمكّن من قياسات روتينية للنسيج المغناطيسي في مواد التخزين الحديثة والإلكترونيات الكمومية.
تدفع أجهزة القياس الكمية المعتمدة على الذرات الباردة، التي تستخدم مجاميع من الذرات المبردة بالليزر، حدود الحساسية أيضًا. أفادت Menlo Systems وQuantum Systems بتقدمهم في أجهزة استشعار كمية محمولة وميدانية. تستخدم هذه الأنظمة تقنيات مثل القياس المغناطيسي بدون استرخاء تداول الدوران (SERF)، محققةً حساسية أقل من 1 fT/√Hz، وهو أمر حيوي لتطبيقات في البيومغناطيسية، والجيوفيزياء، والتجارب الفيزيائية الأساسية.
تظل أجهزة التدخل الكمومية الفائقة التوصيل (SQUIDs) معيارًا ذهبيًا للمغناطيسية الفائقة الحساسية. تقوم شركات مثل Magnicon وStanford SQUID Lab بدمج تقنيات تقليل خطأ الكم والتقنيات المبردة المتقدمة لتحسين أداء الضوضاء والاستقرار التشغيلي، مما يدعم جيلًا جديدًا من أدوات التصوير الطبي المتاحة ومد أدوات التنقيب عن المعادن.
عند النظر إلى عام 2025 وما بعده، يستعد المجال لتحقيق تقدم سريع من عدة جبهات. يعد إدماج تصحيح خطأ الكم في بروتوكولات القياس المغناطيسي، بقيادة مبادرات في IBM Quantum وRigetti Computing، بوعد بتمديد أوقات التوافق ودفع عدم اليقين في القياسات نحو حد هايزنبرغ. علاوة على ذلك، قد تمكّن مجموعات المستشعرات المتعددة والتكامل على الشريحة، كما يسعى له Quantinuum، من رسم خرائط حقيقية وفي الوقت الفعلي للمجالات المغناطيسية للاستخدام الصناعي والطبي. مع استمرار الاستثمار والتعاون عبر القطاعات، من المقرر أن يغير القياس الكمي مجال المغناطيسية الدقيقة للغاية، مما يفتح إمكانيات علمية وتكنولوجية جديدة في السنوات القليلة القادمة.
التكنولوجيات الرائدة الحالية وقدراتها
يحدث تغير في ميدان القياس المغناطيسي الدقيق للغاية بفضل القياس الكمي، حيث تتجاوز أجهزة الاستشعار الكمية الآن حساسية ودقة المساحة لأجهزة القياس المغناطيسي التقليدية. اعتبارًا من عام 2025، تستفيد التكنولوجيات الرائدة من التأثيرات الكمومية مثل الترابط الدوراني، والتماسك الذري، ومراكز الشوائب النيتروجينية (NV) في الألماس لتحقيق مستويات غير مسبوقة من الكشف عن المجالات المغناطيسية.
تستخدم إحدى الطرق الرائدة مراكز NV في الألماس – وهي تكنولوجيا قامت شركات مثل Qnami وElement Six بتسويقها. تستفيد أجهزة القياس المغناطيسي القائمة على NV بشكل فعّال من الرنين المغناطيسي المدرك بصريًا (ODMR) لتوفير قياسات مدروسة مكانيًا مع حساسية تصل إلى مستويات النانوتيسلا (nT) إلى البيكوتيسلا (pT) ودقة مكانية تصل إلى النانومتر. على سبيل المثال، يمكّن جهاز Qnami’s ProteusQ تصوير الظواهر المغناطيسية في المواد ثنائية الأبعاد وأجهزة السبينترونيك، مع حساسية تتعلق بالدوران الفردي ودقة کمتر من 10 نانومتر. يتم استخدام هذه الأجهزة في أبحاث المواد المتقدمة، والتصوير الطبي، وتشخيص أشباه الموصلات.
تعتبر المغناطيسية الذرية تقنية سريعة التقدم، تحقق حساسية قياسية من خلال قياس استجابة ذرات القلوي (مثل الروبيديوم أو السيزيوم) للمجالات المغناطيسية. تقدم شركات مثل QuSpin وMagnicon أجهزة قياس مغناطيسية مضخوخة ضوئيًا (OPMs) حائزة على حساسية فيمتوتيسلا (fT) دون الحاجة إلى تبريد. تم اعتماد جهاز قياس المجال المغناطيسي Zero Field من QuSpin، على سبيل المثال، في تصوير المخ الكهربائي (MEG)، والاستطلاعات الجيوفيزيائية، والتجارب الفيزيائية الأساسية، مستفيدًا من شكله المدمج وعمليته في درجة حرارة الغرفة.
تظل أجهزة التدخل الكمومية الفائقة التوصيل (SQUIDs)، وهي تقنية كمومية ناضجة، هي المعيار للحساسية القصوى، حيث تحقق بانتظام حساسية أقل من 1 fT/√Hz. تنتج STAR Cryoelectronics أنظمة SQUID تجارية تستخدم على نطاق واسع في البيومغناطيسية، والتقييم غير التدميري، وأبحاث المواد الكمومية. على الرغم من أن تشغيلها في درجة حرارة منخفضة ظل عائقًا، إلا أن التحسينات المستمرة في تقنية التبريد والت интеграция تساهم في تحسين قابلية استخدامها.
عند النظر إلى المستقبل، من المتوقع أن يشهد العامان المقبلان تحقيق تحسينات في الأداء، وتقليل الحجم، وتبني الصناعة بشكل أوسع. تتعرض أجهزة استشعار NV-الألماس حاليا للتطوير النشط من أجل أنظمة متزامنة وتكامل على نطاق الشريحة، مع منظمات مثل Quantum Diamond Technologies، Inc. التي تستهدف تشخيصات طبية وتقنيات طبية خاصة بالنقطة. من المتوقع أن تستفيد أجهزة القياس المغناطيسي الذري من التقدم في التصنيع الدقيق وتصغير أشعة الليزر، مما يتيح منصات قياس مغناطيسي قابلة للارتداء والمحمولة. كلما نضج القياس الكمي، سيتسارع إدماجه في التطبيقات الصناعية والطبية والدفاع، مدفوعًا بالتعاون المستمر بين مصنعي الاستشعار ومطوري التطبيقات.
اللاعبون الرئيسيون في الصناعة والمبادرات الاستراتيجية الحديثة
بينما تنتقل التكنولوجيات الكمومية من المختبرات إلى التطبيقات التجارية، تتشكل مجموعة من قادة الصناعة والشركات الناشئة الرائدة مستقبل المغناطيسية الدقيقة للغاية. يستفيد هؤلاء اللاعبون من القياس الكمي – وخاصةً باستخدام مراكز الشوائب النيتروجينية (NV) في الألماس، وخلايا بخار الذرات، والدوائر فائقة التوصيل – لتحقيق حساسية غير مسبوقة في قياسات المجالات المغناطيسية. تسلط هذه القسم الضوء على المنظمات الرئيسية وتحركاتها الاستراتيجية الأخيرة خلال العام الحالي (2025) وتوجهاتها في السنوات القليلة القادمة.
- Qnami: مستندة إلى سويسرا، تواصل Qnami توسيع عروضها لأجهزة المجهر المجسّة الكمية المعتمدة على الألماس، مستهدفةً القطاعات البحثية الأكاديمية والصناعية. في عام 2025، أعلنت الشركة عن تعاونات استراتيجية مع مصنعي أشباه الموصلات الأوروبيين لدمج منصتها ProteusQ من أجل تصنيف العيوب المغناطيسية في إنتاج الشرائح المتقدمة. تشير دعوات Qnami المفتوحة لمشاريع التطوير المشترك إلى تركيزها على الشراكات الصناعية لتسريع التشغيل في صناعات المواد والإلكترونيات (Qnami).
- Element Six: بصفتها رائدة في تصنيع الألماس الاصطناعي، كثّفت Element Six أنشطة البحث والتطوير في الركائز المصممة خصيصًا لأجهزة الاستشعار الكمومية المعتمدة على NV. في عام 2025، أطلقت الشركة درجًا جديدًا من الألماس الفائق النقاء المحسن لتطبيقات القياس المغناطيسي الكمومي وأعلنت عن شراكة تكنولوجية مع مصنعي الأجهزة الطبية لاستكشاف التشخيصات البيومغناطيسية (Element Six).
- QuSpin: تتخصص في أجهزة القياس المغناطيسي المضخوخة ضوئيًا (OPMs)، أفادت QuSpin بأنها قامت بنشر مستشعراتها المدمجة التي لا تحتاج للتبريد في تصوير المخ (MEG) والاستكشاف الجيولوجي على مدار عامي 2024-2025. تضع الشركة تعاوناتها المستمرة مع معاهد علم الأعصاب وتركيزها على الشراكات مع الشركات الأصلية في مركزهات الأخيرة في مجالات الاستشعار الطبية والبيئية المعززة بالكم (QuSpin).
- Zurich Instruments (شركة تابعة لشركة Rohde & Schwarz): قامت Zurich Instruments بتوسيع محفظتها من الإلكترونيات الخاصة بالتحكم والقياس الكمومي، داعمةً الأبحاث والتبني الصناعي في مراحلها المبكرة للقياس المغناطيسي الكمومي. بحلول أوائل عام 2025، قدمت الشركة وحدات جديدة لمعالجة الإشارات في الوقت المناسب مصممة لقراءة أجهزة NV والمستشعرات الذرية، مستهدفةً تبسيط التكامل لمصنعي الأجهزة الأصلية والمختبرات الأكاديمية (Zurich Instruments).
- Oxford Instruments NanoScience: تواصل Oxford Instruments تقديم منصات مبردة وحلول متكاملة من أجل التجارب الكمومية، داعمةً العملاء في نشر أجهزة قياس مغناطيسية معتمدة على SQUID وNV. تشير الاستثمارات الأخيرة في الأنظمة الكمومية القابلة للتوسع وسهلة الاستخدام إلى دفع لتمكين الاعتماد الأوسع لأدوات القياس الكمومي عبر الأبحاث والتجارة الناشئة (Oxford Instruments NanoScience).
وعند النظر إلى المستقبل، تتماشى هذه الشركات الصناعية مع استراتيجيات البحث والتطوير والتجارية مع التوسع المتوقع في التطبيقات مثل الميكروإلكترونيات المتقدمة، والتصوير البيومغناطيسي، والملاحة، والجيوفيزياء. من المتوقع أن تشكل الشراكات الاستراتيجية، والتصنيع المدمج عموديًا، وتوسيع التعاون بين الشركات الأصلية ديناميكيات الصناعة حتى عام 2026 وما بعده، حيث تتحرك المغناطيسية المدعومة بالكم نحو النشر على نطاق واسع.
التطبيقات الرئيسية: التصوير الطبي، والملاحة، وعلوم المواد
يدخل القياس الكمي للمغناطيسية الدقيقة للغاية فترة من النضج التكنولوجي السريع والتبني المبكر، خاصة في القطاعات التي تتطلب كشفًا مغناطيسيًا شديد الحساسية. تُظهر ثلاث مجالات تطبيق رئيسية – التصوير الطبي، والملاحة، وعلوم المواد – إمكانيات آنية وقريبة المدى لأجهزة القياس المغناطيسي المعززة بالكم.
- التصوير الطبي: تتقدم أجهزة القياس المغناطيسية الكمية، وبشكل خاص تلك التي تعتمد على أجهزة القياس المغناطيسية المضخوخة ضوئيًا (OPMs) ومراكز NV في الألماس، نحو تأثيرات تحويلية في التشخيصات غير الغازية. في عام 2025، يتم نشر أنظمة OPM التجارية لتصوير المخ الكهربائي (MEG)، مقدمةً دقة مكانية محسّنة ومرونة مقارنة مع الأنظمة التقليدية المعتمدة على SQUID. على سبيل المثال، تقوم QuSpin Inc. حاليًا بتزويد مجموعات OPM لـ MEG، مما يسهل الأبحاث على وظائف الإدراك والاضطرابات العصبية. وفي الوقت نفسه، تقوم Element Six، الرائدة العالمية في إنتاج الألماس الاصطناعي، بزيادة إمدادها لأجهزة القياس NV الكمية، التي تمكّن من الكشف عالي الحساسية عن المجالات البيومغناطيسية في درجة حرارة الغرفة. ومن المتوقع أن تؤدي هذه التقدمات إلى خفض التكاليف التشغيلية وتمكين حلول التصوير المحمولة والمركّزة على المريض في السنوات القادمة.
- الملاحة: تواصل أجهزة القياس المغناطيسية الكمية تحقيق تقدم في مجال الملاحة، خاصة في البيئات التي يكون فيها نظام تحديد المواقع (GPS) غير موثوق به أو غير متاح. يتم تقييم الأجهزة التي تستخدم مستشعرات الألماس NV أو خلايا بخار القلويات لإدماجها في أنظمة الملاحة من الجيل التالي لتطبيقات الطيران، والبحرية، والدفاع. تعمل Magneteca كشركة واحدة في تطوير أجهزة الاستشعار الكمية من أجل تقديم مرجع توجيهي متين وغير متجه نحو الانزلاق لاكتشاف الشذوذ المغناطيسي. تعد هذه الأجهزة الكمية واعدة بحساسية تصل إلى مستوى الفيمتوتيسلا، مما يمكّن من الملاحة الدقيقة دون إشارات خارجية – وهي ميزة ذات أهمية استراتيجية لكل من المستخدمين التجاريين والحكوميين.
- علوم المواد: تسارع القياسات المغناطيسية الدقيقة الكمية من تحقيق التفوق في تصنيف المواد، خاصة للمواد ثنائية الأبعاد والأجهزة الكمومية. تستفيد المختبرات الأكاديمية والصناعية من أجهزة قياس المغناطيسية NV القابلة للماسح الضوئي لدراسة النسيج المغناطيسي، وديناميات الدوران، وتوزيعات التيار على النطاق النانوي. تقوم QZabre AG بتسويق منصات قياس المغناطيسية NV القابلة للماسح الضوئي التي يمكنها تصوير المجالات المغناطيسية بدقة تحت 100 نانومتر، داعمةً الأبحاث والتطوير في مجالات الموصلية الفائقة، والسبينترونكس، وأشباه الموصلات المتقدمة.
عند النظر إلى السنوات القليلة القادمة، من المتوقع أن يتم دمج نظام القياس المغناطيسي الكمي في تدفقات العمل السريرية، والأجهزة الملاحة، وأدوات البحث. مع تحسين قابلية التوسع، والموثوقية، وفعالية التكلفة، من المتوقع أن يشهد انتشار واسع في هذه القطاعات، مع استمرار الشراكات بين مطوري أجهزة الاستشعار الكمومية والمستخدمين النهائيين في دفع الابتكار المخصص للتطبيقات.
توقعات السوق 2025-2030: محركات النمو وتوقعات الإيرادات
من المتوقع أن يشهد سوق القياس الكمي في المغناطيسية الدقيقة للغاية نموًا قويًا بين 2025 و2030، مدفوعًا بالتقدم السريع في تكنولوجيا أجهزة الاستشعار الكمية، وتوسع التطبيقات في كل من المجالات الصناعية والعلمية، وزيادة الاستثمارات من القطاعات التجارية والحكومية. تشمل محركات النمو الرئيسية الطلب المتزايد على كشف المجالات المغناطيسية شديدة الحساسية في التشخيصات الطبية (مثل التصوير الكهربائي للمخ)، والملاحة، واستكشاف المعادن، والأبحاث الأساسية. يعزز التقليل المستمر من حجم الأجهزة الكمية – خاصة تلك التي تستفيد من مراكز الشوائب النيتروجينية (NV) في الألماس وأجهزة القياس المغناطيسية المضخوخة ضوئيًا (OPMs) – سرعة اعتماد السوق من خلال تمكين حلول محمولة ودرجة حرارة الغرفة.
أعلن أصحاب المصلحة الرئيسيون في الصناعة عن استثمارات كبيرة في البحث والتطوير والشراكات للاستفادة من هذا الزخم. على سبيل المثال، Qnami تقوم بتسويق أجهزة الاستشعار الكمية لتصوير المجالات المغناطيسية على النطاق النانوي، مستهدفةًا علوم المواد ومراقبة عمليات أشباه الموصلات. وبالمثل، تواصل QuSpin Inc. توسيع إنتاجها من OPMs لتطبيقات البيومغناطيسية والتصوير الدماغي غير الغازي، مع إطلاق المنتجات الحديثة لتعزيز الحساسية وتقليل حجم الأجهزة.
من المتوقع أن تؤدي المبادرات الكمومية المدعومة حكوميًا في أوروبا، وأمريكا الشمالية، وآسيا إلى تعزيز النمو. على سبيل المثال، التزم برنامج Quantum Flagship الأوروبي بتمويل كبير لمشاريع استشعار الكم، مع التركيز على القياس المغناطيسي الطبي والجيوفيزيائي (Quantum Flagship). في الولايات المتحدة، يدعم قانون المبادرة الوطنية للكموم تطوير أبحاث وجهود تسويقية، حيث تطور منظمات مثل معهد المعايير والتقنية الوطني (NIST) معايير جديدة للقياس المغناطيسي الكمي.
تشير توقعات الإيرادات عبر القطاع إلى معدل نمو سنوي مركب (CAGR) في أوائل المراهقين حتى عام 2030. يتوقع المحللون أن يتجاوز حجم السوق، الذي يُقدر حاليًا بالمئات من الملايين من الدولارات، علامة المليار دولار قبل عام 2030، حيث تمثل صناعات الرعاية الصحية والدفاع وأشباه الموصلات أكبر فئات الاستخدام النهائي. تقوم شركات مثل Magnetic Sensors Corporation بتوسيع حلولها المعتمدة على الكم لعملائها في الصناعة والدفاع، مما يعكس التجارية المتزايدة لمغناطيسية الدقيقة.
عند النظر إلى المستقبل، من المتوقع أن تستمر تقنيات الأجهزة الكمية المتقدمة وتوسيع مجالات التطبيقات في تحقيق معدلات نمو من خانتين. من المتوقع أن تشكل الشراكات الاستراتيجية بين مطوري تكنولوجيا الكم، ومصنعي الأجهزة الطبية، والوكالات الحكومية مشهد المنافسة وتسريع نشر حلول القياس المغناطيسي من الجيل التالي على مستوى العالم.
الشركات الناشئة الناشئة ومراكز الابتكار
يخضع القياس الكمي لضغط شديد للتطور السريع، مدفوعًا بموجة جديدة من الشركات الناشئة ومراكز الابتكار. اعتبارًا من عام 2025، تدفع هذه الكيانات الحدود في مجالات المغناطيسية من خلال الاستفادة من تقنيات الكم مثل مراكز الشوائب النيتروجينية (NV) في الألماس، ومجموعات الذرات الباردة، وأجهزة التدخل الكمومية (SQUIDs). يظهر الدفع العالمي نحو أجهزة الاستشعار المعززة بالكم في كل من نشاط الشركات الناشئة والاستثمارات المؤسسية، لا سيما في أمريكا الشمالية، وأوروبا، وآسيا والمحيط الهادئ.
- نشاط الشركات الناشئة: تقوم عدة شركات ناشئة في مراحلها الأولى بتسويق أجهزة قياس مغناطيسية الكم بحساسية تتجاوز نطاق الفيمتوتيسلا. قامت Qnami (في سويسرا) بتطوير منصات المجهر الكمومي الخاصة بها، التي تمكن التصوير المغناطيسي على النطاق النانوي لأبحاث المواد الكمومية وفحص أشباه الموصلات. في الوقت نفسه، قامت QZabre بالتكون من ETH Zurich، وتقدم أجهزة قياس مغناطيسية NV القابلة للماسح الضوئي والتي تستهدف المختبرات الأكاديمية والصناعية.
- مراكز الابتكار والمبادرات العامة والخاصة: يدعم مركز Quantum Communications Hub في المملكة المتحدة ومركز الابتكارات المغناطيسية الكمومية تطوير منصات استشعار كمومية متكاملة، بما في ذلك أجهزة القياس المغناطيسي من أجل المسح الجيولوجي والتشخيصات الطبية. في الولايات المتحدة، يعمل معهد المعايير والتقنية الوطني (NIST) بالتعاون مع الشركات الناشئة لتوحيد وتحديد معايير الأداء للقياس المغناطيسي الكمي.
- التجارية والتبني المبكر: تتوسع التطبيقات من البحث الأساسي إلى مجالات تجارية. تقوم Element Six (هي إحدى شركات مجموعة De Beers) بتزويد ركائز الألماس عالية النقاء الضرورية للقياسات المغناطيسية المعتمدة على NV، مما يمكّن الشركات الناشئة من زيادة تصنيع الأجهزة. أعلنت ColdQuanta (التي أصبحت الآن Infleqtion) عن أنظمة أجهزة قياس مغناطيسية ذرات باردة تستهدف أسواق الدفاع والملاحة.
- التوسع العالمي: في آسيا، يقوم RIKEN في اليابان ومركز الكوانتم للتركيبات الجديدة الناشئة في كوريا الجنوبية بتسريع تطوير شركات فرعية تركز على تطوير أجهزة الاستشعار الكمومية، والتي تهدف إلى دمج القياسات المغناطيسية الدقيقة في التصوير الطبي والاختبارات غير التدميرية.
عند النظر إلى المستقبل، من المتوقع أن تشهد السنوات المقبلة زيادة سريعة في نشاط الشركات الناشئة في قياسات المغناطيسية الكمية، حيث توفر مراكز الابتكار الوصول إلى مرافق تصنيع متخصصة ومراكز اختبار. من المتوقع أن تؤدي الشراكات الاستراتيجية بين موردي المكونات، وشركات الأجهزة الكمومية، ومطوري التطبيقات إلى تسريع الانتقال من النماذج الأولية في المختبرات إلى الأجهزة المتينة التي يمكن نشرها في الميدان. إن التفاعل بين الشركات الناشئة الكمومية والموردين الصناعيين الراسخين يبرز نظامًا بيئيًا ناضجًا، مستعدًا لتقديم حلول مغناطيسية دقيقة للغاية عبر القطاعات العلمية والطبية والصناعية.
البيئة التنظيمية وتطوير المعايير
تتطور البيئة التنظيمية وتطوير المعايير بالنسبة للقياس الكمي – خاصةً بالنسبة للمغناطيسية الدقيقة للغاية – بسرعة استجابةً لنضج وانتشار تقنيات الاستشعار الكمومية المتزايد. في عام 2025، يتم التركيز على إنشاء أطر قوية تضمن كل من موثوقية وتوافق أجهزة القياس المغناطيسية المعززة بالكم في السياقات العلمية والصناعية والطبية.
تعد أعمال المعاهد الوطنية للقياس، مثل معهد المعايير والتقنية الوطني (NIST) في الولايات المتحدة والمعهد الفيزيائي والتقني (PTB) في ألمانيا، حجر الزاوية في الجهود الحالية. تطور هذه المنظمات بروتوكولات المعايرة وميزانيات عدم اليقين الخاصة بالأجهزة القياسية الكمومية، بما في ذلك تلك القائمة على مراكز NV في الألماس وأجهزة القياس المغناطيسية المضخوخة ضوئيًا. على سبيل المثال، بدأ NIST مشاريع تعاونية مع الشركات المصنعة الأمريكية لتحديد معيار أجهزة القياس المغناطيسية الكمومية لتطبيقات التصوير الطبي وعلوم المواد، مستهدفةً توجيه التتبع الرسمي إلى النظام الدولي للوحدات (SI).
على المستوى الدولي، يقوم المكتب الدولي للمقاييس والأوزان (BIPM) بتيسير المناقشات بين الدول الأعضاء لتنسيق التعريفات وإجراءات المرجعية لقياسات المجال الكمومي. من المتوقع أن يصدر لجنة الاستشارات للبصريات والمغناطيسية (CCEM) المنبثقة عن BIPM إرشادات فنية جديدة تحدد الممارسات المقبولة لمعايرة وأسس أجهزة القياس المغناطيسية الكمومية – حيث تتناول تحديات مثل الضوضاء الخاصة بالأجهزة، والتداخل البيئي، وديكوهيرينس الكمومي.
تعتبر مشاركة الصناعة ملحوظة أيضًا. تشارك شركات مثل Qnami وMAGNICON، اللتان توفران حلولًا للقياس المغناطيسي الكمي، في اتحادات المعايير والبرامج التجريبية لاختبار التوافق وإعادة إنتاج الأجهزة الخاصة بهما تحت ظروف مختبرية وميدانية متنوعة. إن مدخلاتهما تشكل وثائق ما قبل المعايير، مع التركيز على متطلبات المستخدم النهائي في مجال القياسات الكمومية لتشخيص أشباه الموصلات والاستطلاعات الجيوفيزيائية.
عند النظر إلى المستقبل، من المرجح أن تشهد السنوات القليلة المقبلة الاعتماد الرسمي للمعايير الدولية للقياس الكمي في القياس المغناطيسي، مدفوعةً بزيادة دمج أجهزة الاستشعار الكمومية في القطاعات المنظمة مثل الرعاية الصحية (مثل التصوير الكهربائي للمخ) والطيران. ومن المتوقع أن تشير الوكالات التنظيمية إلى هذه المعايير في عمليات الموافقة على الأجهزة، مما يضمن أن تقدم أجهزة القياس المغناطيسية المعززة بالكم أداءً متسقًا ويمكن تتبعه إلى SI. ستظل التعاونات المستمرة بين معاهد القياس وقادة الصناعة وهيئات المعايير حاسمة في تسريع كل من الاعتماد والابتكار في هذا المجال عالي الدقة.
التحديات: قابلية التوسع، ودمج الأنظمة، وحواجز التكلفة
أظهر القياس الكمي إمكانيات استثنائية للقياسات المغناطيسية الدقيقة للغاية، حيث تقدم حساسية تتجاوز الحدود التقليدية. ومع ذلك، مع دفع المجال نحو النشر العملي، يجب معالجة عدد من التحديات – وخاصة قابلية التوسع، ودمج الأنظمة، وحواجز التكلفة – للانتقال من العروض التجريبية في المختبرات إلى التطبيقات الواسعة.
تظل قابلية القياس الكمي هي تحديًا رئيسيًا في عام 2025. تعتمد العديد من أجهزة القياس المغناطيسية الكمية الأعلى أداءً، مثل تلك القائمة على مراكز NV في الألماس أو مجاميع الذرات الباردة، على إعدادات تجريبية معقدة يصعب تقليصها أو إنتاجها بكميات تجارية. على سبيل المثال، تواصل Element Six، المزود الرئيسي للألماس الاصطناعي للتقنيات الكمومية، الابتكار في تصنيع الألماس NV، لكن السيطرة على الجودة والعيوب على نطاق رقاقة لا تزال عقبة قائمة. وبالمثل، تتطلب أجهزة القياس المغناطيسية القائمة على الذرات الباردة، كما طورها منظمات مثل MUQUANS، أنظمة ليزر واحتواء دقيقة تمنع حاليًا التكامل على الشريحة.
يعتبر دمج الأنظمة مع المنصات الإلكترونية والبصرية الحالية عائقًا هامًا آخر. غالبًا ما تحتاج أجهزة القياس الكمية إلى إلكترونيات قراءة حساسة ومكونات بصرية فريدة. تظهر جهود Qnami لتطوير أجهزة قياس مغناطيسية NV القابلة للماسح الضوئي للاستخدام التجاري تقدمًا في التعبئة والإلكترونيات التحكم، ولكن تظل تعقيد النظام مرتفعة. وعلاوة على ذلك، فإن دمج الأجهزة الكمومية مع تكنولوجيا CMOS – وهي معيار لتصنيع الإلكترونيات بالجملة – لا يزال يمثل مجالًا تقنيًا مفتوحًا، كما هو موضح من خلال التعاون المستمر بين الشركات الناشئة في تقنية الكم والمصانع المصنعة لأشباه الموصلات.
تعتبر التكلفة قضية ملحة على نفس القدر. تؤدي المواد المتخصصة، والتصنيع الدقيق، وعملية التجميع المحددة المطلوبة لأجهزة القياس المغناطيسية الكمية حاليًا إلى ارتفاع تكاليف الوحدة. على الرغم من أن شركات مثل MagiQ Technologies وQuantum Diamond Technologies، Inc. تعمل على تقليل التكاليف من خلال أنظمة معيارية وواجهات مستخدم مبسطة، إلا أن الأسعار لا تزال أعلى من المستويات القابلة للتطبيق للاعتماد التجاري أو الصناعي الواسع.
عند النظر إلى المستقبل، من المحتمل أن يعتمد التغلب على هذه الحواجز على التقدم بين التخصصات. من المتوقع أن تسهم التقدم في نمو الألماس، والتكامل الضوئي، وطرق التحكم الكمومي في خفض التكاليف وتيسير توفير أجهزة قياس بالفعل داخل الشريحة في السنوات القليلة القادمة. تسارعت الاتحادات الصناعية والشراكات العامة والخاصة، مثل تلك التي يشجعها Quantum Flagship في أوروبا، في تعزيز توحيد المعايير ونقل المعرفة بين الأوساط الأكاديمية والصناعية. ومع ذلك، حتى يتم معالجة هذه التحديات التقنية والاقتصادية، ستظل اعتماد القياس المغناطيسي الكمي خارج التطبيقات المتخصصة ذات القيمة العالية تراكمية.
آفاق المستقبل: الإمكانيات المدمرة وفرص الاستثمار
من المتوقع أن يغير القياس الكمي للمغناطيسية الدقيقة للغاية العديد من الصناعات في المستقبل القريب، مستفيدًا من التماسك الكمي والترابط لتجاوز الحدود التقليدية للقياس. اعتبارًا من عام 2025، يشهد هذا المجال نضوجًا تكنولوجيًا سريعًا، مع استثمارات تجارية وحكومية كبيرة تستهدف كل من البحث الأساسي والنشر العملي.
يعد الاندماج المتزايد للأجهزة الكمية في التطبيقات الصناعية والطبية أحد المحركات الرئيسية. تقدم شركات مثل Qnami أجهزة قياس مغناطيسية تعتمد على الألماس، تستهدف دقة مكانية تصل إلى النانومتر وحساسية الفيمتوتيسلا. يتم الآن تجربتها في تحليل أعطال شرائح الكمبيوتر، وتصنيف المواد، مع اهتمام متزايد، في التصوير الطبي للتشخيصات التي لا تتضمن دخول الجسم.
تعمل الجهات الحكومية والدفاعية أيضًا على تحفيز النمو. يتم تمويل برنامج التقنيات الكمومية الوطنية في المملكة المتحدة، الذي تديره UK Research and Innovation، لتطوير أجهزة القياس المغناطيسية لكثير من الاستخدامات بدءًا من استكشاف المعادن إلى الملاحة في البيئات الخالية من نظام GPS. كما يدعم معهد المعايير والتقنية الوطني (NIST) في الولايات المتحدة البحث لتطوير مستشعرات كمية من الجيل التالي، مشيرًا إلى إمكاناتها المدمرة في التشخيصات الطبية (مثل التصوير الكهربائي للمخ)، والجيوفيزياء، والأمن.
تتجمع الشركات الناشئة والشركات التكنولوجية العريقة حول إنتاج قابل للإنتاج على نطاق واسع وتصغير الحجم. تقوم QubitPhotics وMagiQ Technologies بتطوير أجهزة قياس مغناطيسية كمومية مدمجة وقوية بهدف الانتهاء من ظروف الاستخدام الصعبة، مثل أنظمة السيارات أو الفضاء. من المتوقع أن تسرع الاتجاهات نحو البصريات المدمجة وأجهزة قياس بحجم الشريحة على مدى السنوات القليلة القادمة، مما يقلل من الحواجز للاعتماد على المنتجات الحديثة ويدعم صعود قطاعات جديدة.
من الناحية الاستثمارية، تتزايد نشاط رأس المال الاستثماري. يجذب المستثمرون إمكانيات هذه التكنولوجيا لتحقيق تغييرات جذرية في الأسواق المالية، خاصة في تشخيصات الرعاية الطبية، والمواد، والملاحة. من المتوقع أن تتزايد الشراكات الاستراتيجية بين شركات أجهزة الاستشعار الكمومية ومصنعي المعدات الطبية أو أجهزة الفحص، كما يتضح من التعاونات الأخيرة التي تشمل Qnami والشركات الرائدة في صناعة الأجهزة التحليلية.
عند النظر إلى المستقبل، من المتوقع أن تتحول قياسات المغناطيسية الكمية من نماذج تجريبية إلى نشر واسع النطاق تجاري. تشمل التحديات المهمة تحقيق المزيد من التحسينات في استقرار المستشعرات، وتقليل التكاليف، وبدء تنفيذ المعايير الصناعية – وهي مجالات تعمل فيها الاتحادات مثل EUROqC بنشاط. مع معالجة هذه الحواجز، من المقرر أن تترك توجيه القياسات الكمية تأثيرًا مدمراً على كشف المجالات المغناطيسية الدقيقة، مما يعيد تشكيل القطاعات التقليدية والناشئة.
المصادر والمراجع
- Qnami
- QuSpin
- Lockheed Martin
- Quantum Flagship
- NIST
- Menlo Systems
- Stanford SQUID Lab
- IBM Quantum
- Rigetti Computing
- Quantinuum
- Qnami
- Element Six
- QuSpin
- Zurich Instruments
- Oxford Instruments NanoScience
- QZabre AG
- QZabre
- Quantum Communications Hub
- RIKEN
- Quantum Center for Emerging Nanostructures
- Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)
- International Bureau of Weights and Measures (BIPM)
- MagiQ Technologies
