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產業追蹤/感測科技 用途廣泛

2020-09-06 02:00經濟日報 賴志遠

量子科技成為近年來除人工智慧(AI)外,是各界最感興趣的科技議題。大部分人一談到量子科技,多直接聯想到量子電腦或量子通訊,但許多業界認為,量子感測將可能比這些科技更先一步進入廣大市場。

量子感測原理應用包含電磁場、重力、應力、方向旋轉改變、溫度、壓力、時間等各種物理量,因此其應用範圍就涉及科學研究、空間探測、材料分析、慣性導航、地質探勘、災害預防等不同情境。目前較受到矚目的感測,大致可分為重力測量、磁場測量、定位導航、目標識別、時間基準等類型。

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精準的時間與頻率標準是現代通訊、雷達與導航系統的基本要求。目前運用在GPS導航上的實驗室等級光學原子鐘, 已經實現比傳統微波標準提高幾個數量級的精確度。這顯示量子技術展現比傳統技術更為明顯的優勢。

例如量子陀螺儀的精準度,將能使潛艇航行精確度從傳統陀螺儀在24小時航行時誤差為2公里,提高到航行數個月內只會誤差100米;原子鐘也能夠保證大宗的國際金融交易,不會因時間差而造成交易方的損失;另外一種應用是應用在土木工程的量子重力計,這種量子重力計可探測土方下的空洞、地下各類渠道、設施等,較過去慣用的彈簧重力儀、探地雷達等儀器敏感度更高。

目前對量子感測器的市場預估,市調公司多認市場仍在萌芽期,技術上處於探索期,許多新創及傳統的儀器設備商正開發新產品來探索此類設備的潛在應用。Technavio Research認為,從2019至2023年,此類產品全球市值將達2.46億美元,年複合成長率11%。

市調公司BCC Research在2019年發布報告認為,量子感測在全球市場仍屬小眾市場,預期到2024年全球產值將達2.999億美元 ,相較於總體的量子科技市場,量子感測確屬小眾;例如Inside Quantum Technology市調公司對量子計算(主要包含硬體、軟體、終端消費市場的量子電腦)全球產值預測較為樂觀,2023年將達到19億美元。量子科技目前仍屬起步階段,但是代表的是下世代的主流技術,台灣是半導體及電資通製造大國,不能忽視此趨勢。

國際上有許多廠商在此領域提出產品與服務,主要在歐美地區,如AOSense inc是位於美國加州的原子光學元件開發商,產品應用在導航、計時、重力量測等。

AOSense主要利用冷原子技術設計,開發重力梯度儀和單軸加速計/陀螺儀,產品與服務類型包含陀螺儀、加速計、慣性測量單元(IMUs)、重力儀、重力梯度儀及原子頻率標準等。M Squared Laser Ltd.是英國一家雷射技術公司,產品主要應用在量子科技、生物光子學和化學感測上。在製造、航天、醫療、油氣能源都能應用該公司的技術與產品,產品包含各式紅外到紫外的雷射系統、超快雷射系統、層光顯微鏡及各類儀表設備等。

Muquans是法國中小型企業,研究應用雷射致冷原子來操縱量子的尖端儀器開發商,是量子技術解決方案供應商。產品包含絕對量子重力儀、雷射冷卻原子時鐘、光纖中繼站、雷射系統、雷射光學平台、高功率高效倍頻模組等多種先進光學系統。

從各國廠商投入的現況來看,目前量子感測與元件應用主要集中在科學實驗、軍事國防用途及特定的環境監測等專業應用,使用成本高,隨著技術成熟、應用情境擴大,使用成本將可降低至消費者接受的程度,但這要多年後才得以實現。

(作者是國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心研究員)

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