Kvantmetrologi och kvantsensorer

Kvantfysikens egenskaper gör det möjligt att mäta tid, elektriska storheter, gravitation, tryck och andra fysikaliska storheter med en noggrannhet som inte är möjlig med konventionella metoder.

Kvantmetrologi handlar om att använda väldefinierade kvantfenomen för att utveckla framtidens mätnormaler, mätmetoder och instrument. Samtidigt skapar utvecklingen av framtidens kvantteknologi behov av nya metoder för att karakterisera, jämföra och kvalitetssäkra kvantsystem och kvantkomponenter.

Kvantsensorer utnyttjar kvantmekaniska fenomen för att registrera mycket små förändringar i exempelvis tid, frekvens, elektriska och magnetiska fält, gravitation eller andra fysikaliska storheter. Det öppnar möjligheter inom allt från position och navigation till industri, energi och rymd.

Från kvantfenomen till tillförlitliga mätningar

Vår expertis omfattar både forskning och utveckling av kvantbaserade mätprinciper och den metrologi som krävs för att nya kvantteknologier ska kunna användas på ett tillförlitligt och jämförbart sätt. Arbetet bygger på en kombination av avancerad mätteknik, fotonik, atom- och laserfysik, elektrisk metrologi och utveckling av nya sensorer och mätsystem.

Vi arbetar bland annat med:

kvantbaserade mätnormaler
optiska atomur och optiska frekvensreferenser
atom- och laserbaserade mätmetoder
elektrisk kvantmetrologi
optisk metrologi och frekvensmetrologi
kvantbaserad tryckmetrologi
kvantsensorer för exempelvis gravitation och elektromagnetiska storheter
karakterisering och metrologi för kvantkomponenter och kvantsystem
framtidens kvantbaserade mätsystem

Exempel: Världsledande elektriska mätningar med kvant och grafen

Varför behövs kvantmetrologi?

Modern teknik är beroende av mätningar som kan jämföras över tid, mellan olika laboratorier och mellan olika länder. När kraven ökar blir kvantfenomen allt viktigare som referenser eftersom de bygger på fundamentala fysikaliska egenskaper som kan reproduceras med mycket hög noggrannhet.
Samtidigt utvecklas en ny generation kvantsensorer och andra kvantteknologier. För att de ska kunna ta steget från forskning till praktisk användning behövs metoder för att verifiera hur väl de fungerar, förstå deras osäkerheter och jämföra resultat mellan olika system.

Forskning och utveckling

Kvantmetrologi och kvantsensorer är ett tvärvetenskapligt område som samlar kompetens från flera delar av RISE, och vi arbetar också tillsammans med universitet, industri och internationella forskningspartner för att utveckla nya kvantbaserade mätmetoder, sensorer och referenser.
Arbetet omfattar både grundläggande utveckling och tillämpningar där kvantteknik kan ge bättre mätningar eller helt nya möjligheter. En viktig del är också att skapa den mätinfrastruktur som behövs när kvantteknologier börjar användas utanför forskningslaboratorierna.

Nationellt Metrologiskt Institut och våra riksmätplatser

RISE är Nationellt Metrologiskt Institut och säkerställer spårbara mätningar för industri och näringsliv genom riksmätplatser för de olika fysikaliska storheterna. SI-systemet är sedan 2019 helt baserat på fundamentala naturkonstanter och enheterna realiseras genom olika kvantmekaniska fenomen. Det ger en nära koppling mellan forskningen inom kvantteknologi och Sveriges infrastruktur för kvalitetssäkrade och internationellt jämförbara mätningar.