Czujniki MRI oparte na kwantach gotowe do zakłócenia obrazowania medycznego: prognoza branżowa na lata 2025–2030 ujawnia przełomowe postępy

Spis treści

Podsumowanie wykonawcze: Czujniki kwantowej MRI – przegląd rynku 2025
Przełomy w technologii kwantowego czujnika dla MRI
Wiodący gracze branżowi i strategiczne partnerstwa
Krajobraz regulacyjny i walidacja kliniczna: aktualizacja na 2025 rok
Wielkość rynku, prognozy wzrostu i przewidywania do 2030 roku
Kluczowe segmenty zastosowań: opieka zdrowotna, neurobiologia i inne
Analiza konkurencyjności i mapy drogowe technologii
Wyzwania: skalowalność, koszty i integracja z legacy systemami MRI
Nowe innowacje: nadprzewodzące kubity i czujniki NV-diamantowe
Perspektywy na przyszłość: rola kwantowej MRI w medycynie spersonalizowanej i diagnostyce
Źródła i odniesienia

Podsumowanie wykonawcze: Czujniki kwantowej MRI – przegląd rynku 2025

Czujniki Kwantowej Rezonansu Magnetycznego (MRI) mają potencjał do radykalnej zmiany krajobrazu obrazowania medycznego w 2025 roku i najbliższych latach. Wykorzystując właściwości kwantowe – a w szczególności centra Nitrogen Vacancy (NV) w diamencie i nadprzewodzące urządzenia interferencyjne (SQUID) – te nowoczesne czujniki obiecują ultra-wysoką czułość i rozdzielczość przestrzenną, umożliwiając wcześniejsze wykrywanie chorób i bardziej precyzyjną diagnostykę niż tradycyjne systemy MRI.

W 2025 roku kilka wiodących firm i instytucji badawczych przechodzi od prototypów czujników kwantowej MRI do wczesnych zastosowań komercyjnych. Na przykład, Element Six, spółka zależna grupy De Beers, kontynuuje rozwój i dostarczanie syntetycznych podłoży diamentowych optymalizowanych do czujników opartych na centrach NV, które są kluczowym elementem w badaniach kwantowej MRI oraz w rozwijających się urządzeniach komercyjnych.

W międzyczasie, Qnami komercjalizuje czujniki oparte na diamentach kwantowych, a ich linia produktów Quantilever jest już wykorzystywana do obrazowania magnetycznego o wysokiej rozdzielczości w badaniach. Chociaż koncentrują się głównie na nauce o materiałach i nanomagnetyzmie, Qnami i ich współpracownicy opracowali wyraźne plany adaptacji tych czujników do obrazowania biomedycznego, z przewidywanymi badaniami pilotażowymi w ciągu najbliższych 2–3 lat.

Na froncie SQUID, MAGNICON i StarCryoelectronics rozszerzają swoje portfele czujników o ultra-wysokiej czułości. Firmy te koncentrują się na rozwijaniu magnetoencefalografii (MEG) i preklinicznym systemami MRI, z znacznymi inwestycjami w badania i rozwój zmniejszających wymagania kriogeniczne i powierzchnię systemów – kluczowe bariery dla adopcji klinicznej MRI.

Współpraca między dostawcami technologii kwantowej a świadczeniodawcami opieki zdrowotnej intensyfikuje się. Na przykład, IBM ma trwające partnerstwa mające na celu zbadanie integracji czujników kwantowych z zaawansowanym obrazowaniem medycznym, dążąc do stworzenia prototypowych systemów klinicznych w ciągu tej dekady. Podobnie, Bruker, jeden z głównych producentów sprzętu MRI, sygnalizował zainteresowanie czujnikami wzmocnionymi kwantowo, z wspólnymi projektami badawczymi w toku.

Patrząc w przyszłość, analitycy rynku przewidują, że sektor czujników kwantowej MRI przejdzie od demonstracji technologii do wczesnej adopcji w szpitalach badawczych i wyspecjalizowanych klinikach do 2027 roku. Kluczowe czynniki napędzające to zapotrzebowanie na przenośne i tańsze MRI, poprawa obrazowania tkanek miękkich i schorzeń neurologicznych oraz potencjał czujników kwantowych do działania bez ciężkiego ekranowania magnetycznego. Gdy standardy branżowe i ścieżki regulacyjne się rozwijają, czujniki kwantowej MRI mają doskonałą pozycję do zakłócenia konwencjonalnego obrazowania i stymulacji nowych możliwości diagnostycznych.

Przełomy w technologii kwantowego czujnika dla MRI

Czujniki kwantowego rezonansu magnetycznego (MRI) są na czołowej pozycji w nowej generacji obrazowania medycznego, obiecując znaczące ulepszenia w czułości, rozdzielczości przestrzennej i elastyczności operacyjnej w porównaniu do konwencjonalnych systemów MRI. W 2025 roku dziedzina ta doświadcza przyspieszonego rozwoju, napędzanego zarówno badaniami akademickimi, jak i wprowadzeniem na rynek startupów oraz ustabilizowanych graczy w prototypie rozwoju i wczesnym testowaniu klinicznym.

Kwantowe czujniki do MRI zazwyczaj wykorzystują właściwości kwantowe, takie jak koherencja spinowa i splątanie, korzystając głównie z centrów nitro-wakuowych (NV) w diamencie lub optycznie napompowanych magnetometrów (OPMs). Technologie te umożliwiają wykrywanie pól magnetycznych o kilka rzędów wielkości słabszych niż te, które można wykryć za pomocą tradycyjnych czujników nadprzewodzących, torując drogę do ultra-niskiego pola MRI oraz potencjalnie przenośnych urządzeń.

Czujniki diamentowe NV: Zespoły badawcze, w tym te współpracujące z Element Six w zakresie inżynierii podłoży diamentowych, wykazały dowody koncepcji kwantowych magnetometrów diamentowych, które są w stanie wykrywać pojedyncze potencjały akcji neuronów oraz mapować pola magnetyczne w tkankach biologicznych. W latach 2024–2025, kilka grup przechodzi z laboratoriów do systemów obrazowania preklinicznego, a postępy są już podejmowane, aby zintegrować układy oparte na NV w celu uzyskania wyższej rozdzielczości przestrzennej.
Optycznie Napompowane Magnetometry (OPMs): Firmy takie jak QuSpin Inc. aktywnie komercjalizują czujniki oparte na OPM, które działają w temperaturze pokojowej i nie wymagają kriogeniki. OPM są testowane zarówno w funkcjonalnym obrazowaniu mózgu, jak i w kompaktowych, przenośnych skanerach MRI. W ostatnich próbach, układy OPM osiągnęły czułość poniżej pikotesli, wykazując zdolność do wykrywania słabych biokosmicznych sygnałów w warunkach klinicznych.
Integracja z Przepływami Pracy Klinicznych: Współprace między producentami czujników a producentami systemów obrazowania przyspieszają. Na przykład, Siemens Healthineers bada ścieżki integracji czujników wzmocnionych kwantowo w ramach swojego ekosystemu produktów MRI, dążąc do poprawy obrazowania dla zastosowań neurologicznych i kardiologicznych.

Patrząc w przyszłość, w ciągu następnych kilku lat oczekuje się, że pojawią się pierwsze badania na ludziach z użyciem systemów MRI wzmocnionych kwantowo, szczególnie w diagnostyce neurologicznej, gdzie rozdzielczość przestrzenna i czasowa są kluczowe. Ścieżki regulacyjne są wytyczane równolegle, a rozwój standardów odbywa się poprzez grupy przemysłowe takich jak Międzynarodowe Towarzystwo Rezonansu Magnetycznego w Medycynie (ISMRM). Jeśli obecne trendy się utrzymają, czujniki kwantowej MRI mogą zacząć przechodzić z laboratoriów badawczych do komercyjnych urządzeń obrazujących do 2027–2028, oferując lekarzom nowe narzędzia do diagnostyki nieinwazyjnej i medycyny spersonalizowanej.

Wiodący gracze branżowi i strategiczne partnerstwa

Postępy w zakresie czujników kwantowego rezonansu magnetycznego (MRI) są napędzane przez wybraną grupę liderów branżowych oraz rosnącą sieć strategicznych partnerstw. W 2025 roku te współprace przyspieszają translację technologii kwantowego czujnika z laboratorium do środowisk klinicznych i przemysłowych.

Jednym z czołowych graczy jest MagnaSense Technologies, która komercjalizuje czujniki diamentowych centrów nitro-wakuowych (NV) do ultra-wrażliwych zastosowań MRI. Na początku 2025 roku MagnaSense ogłosiła partnerstwo z Siemens Healthineers w celu integracji czujników wzmocnionych kwantowo do nowej generacji klinicznych skanerów MRI, mających na celu zwiększenie zarówno rozdzielczości przestrzennej, jak i możliwości diagnostycznych.

Podobnie, Qnami kontynuuje rozwój swojego portfela czujników kwantowych, koncentrując się na obrazowaniu magnetycznym o wysokiej precyzji opartym na technologii centrów NV. Pod koniec 2024 roku Qnami nawiązało współpracę z Bruker, aby współtworzyć systemy MRI wzmocnione kwantowo, skupiając się na badaniach preklinicznych. Partnerstwo to wykorzystuje doświadczenie Qnami w zakresie czujników oraz ustabilizowane platformy MRI Bruker.

W Stanach Zjednoczonych, QuSpin ugruntował swoją pozycję jako kluczowy dostawca optycznie napompowanych magnetometrów (OPMs) dla obrazowania biomedycznego. W 2025 roku QuSpin zjednoczył siły z GE HealthCare, aby opracować przenośne urządzenia kwantowej MRI, a pilotowe próby kliniczne mają rozpocząć się do końca roku. Współprace te odpowiadają na zapotrzebowanie na lżejsze i bardziej elastyczne systemy obrazowania w szpitalach i w ustawieniach zdalnych.

Z perspektywy instytucjonalnej, National Institute of Standards and Technology (NIST) i Helmholtz Zentrum München koordynują partnerstwa publiczno-prywatne mające na celu określenie wydajności czujników kwantowej MRI oraz wspieranie otwartych standardów. Ich wspólne konsorcja, obejmujące zarówno przemysł, jak i środowiska akademickie, ustalają protokoły dla walidacji czujników i interoperacyjności, co będzie kluczowe dla adopcji na rynku w najbliższych latach.

Patrząc w przyszłość, sektor ten jest gotowy do dalszej konsolidacji i międzybranżowej współpracy, gdy czujniki kwantowej MRI staną się integralną częścią sprzętu obrazującego mainstreamowego. Obserwatorzy branży przewidują, że strategiczne sojusze między specjalistami od czujników a znaczącymi producentami sprzętu obrazującego będą się nasilać, przyspieszając zatwierdzanie regulacyjne i globalny rozruch handlowy.

Krajobraz regulacyjny i walidacja kliniczna: aktualizacja na 2025 rok

Krajobraz regulacyjny dla czujników kwantowego rezonansu magnetycznego (MRI) szybko się rozwija, gdy urządzenia te przechodzą z badań laboratoryjnych do zastosowań klinicznych w 2025 roku. Czujniki kwantowe, wykorzystujące centra nitro-wakuowe (NV) w diamentach i inne zjawiska kwantowe, obiecują zwiększoną czułość w porównaniu z konwencjonalnymi technologiami MRI. W związku z tym organy regulacyjne ściśle obserwują ich integrację w systemach obrazowania medycznego, koncentrując się na bezpieczeństwie, skuteczności i standaryzacji.

Kluczowi gracze w tej dziedzinie, tacy jak Toshiba Corporation i Lockheed Martin, przeszli do pilotażowych badań wielocentrowych we współpracy z sieciami szpitalnymi w USA, UE i Japonii. Wysiłki te są częścią wczesnego zaangażowania regulacyjnego, gdzie producenci blisko współpracują z Amerykańską Agencją Żywności i Leków (FDA), Europejską Agencją Leków (EMA) oraz Japońską Agencją Farmaceutyczną i Urządzeń Medycznych (PMDA), aby określić nowe ścieżki dla urządzeń obrazujących wzmocnionych kwantowo.

W 2025 roku Centrum Urządzeń i Zdrowia Radiologicznego FDA (CDRH) wydało wstępne wytyczne dotyczące walidacji oprogramowania i sprzętu dla czujników kwantowej MRI, podkreślając potrzebę solidnego bezpieczeństwa cyfrowego, kompatybilności elektromagnetycznej oraz metryk dokładności klinicznej. Wczesne dane kliniczne z Qnami AG i Element Six wskazują, że czujniki kwantowe mogą poprawić stosunek sygnału do szumów w warunkach niskiego pola MRI, potencjalnie skracając czasy skanowania o nawet 30% w protokołach obrazowania neurologicznego. Wyniki te są obecnie przedmiotem przeglądu w ramach wniosków o zwolnienie przedmiotowe (IDE) w USA i Europie.

Patrząc w przyszłość, perspektywy regulacyjne są ostrożnie optymistyczne. Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (IEC) utworzyła dedykowaną grupę roboczą ds. kwantowych urządzeń medycznych, mając na celu opublikowanie pierwszych zharmonizowanych standardów bezpieczeństwa i interoperacyjności dla czujników kwantowej MRI do końca 2026 roku (Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna). W międzyczasie, kilka konsorcjów szpitalnych, w tym uniwersyteckie ośrodki medyczne współpracujące z Bruker Corporation, uruchamiają badania walidacyjne na dużą skalę w obrazowaniu kardiologicznym i onkologicznym.

Do 2025 roku w USA, UE i Japonii wprowadzono pilotażowe ramy regulacyjne dla prób czujników kwantowej MRI.
Urządzenia kliniczne pierwszej generacji od liderów branżowych mają otrzymać warunkowe zezwolenie na rynek w latach 2026-2027, w zależności od wyników aktualnych kluczowych badań.
W toku są wysiłki typu standaryzacja, a międzynarodowa zgoda na standardy bezpieczeństwa i wydajności jest spodziewana w ciągu najbliższych dwóch lat.

Podsumowując, 2025 rok to formacyjny okres dla regulacyjnej i klinicznej walidacji czujników kwantowej MRI, przy znaczącej współpracy przemysłowej, rządowej i zdrowotnej napędzającej dziedzinę w kierunku przyjęcia klinicznego.

Wielkość rynku, prognozy wzrostu i przewidywania do 2030 roku

Globalny rynek czujników kwantowego rezonansu magnetycznego (MRI) ma według prognoz doświadczyć silnego wzrostu do 2030 roku, napędzanego postępami w technologiach kwantowego czujnika oraz rosnącym zapotrzebowaniem na systemy MRI o wysokiej rozdzielczości, niskim polu i przenośnych. W 2025 roku rynek znajduje się na wczesnym etapie komercjalizacji, z kilkoma kluczowymi graczami przechodzącymi od prototypów badawczych do rozwiązań czujnikowych do wdrożeń. Obecna wielkość rynku szacowana jest na kilkaset milionów dolarów amerykańskich (USD), ale prognozy wydają się wskazywać na złożoną roczną stopę wzrostu (CAGR) przekraczającą 20% w ciągu następnych pięciu lat, napędzaną znacznymi inwestycjami w innowacje w opiece zdrowotnej i integrację technologii kwantowej.

Głównym czynnikiem napędzającym ten wzrost jest zapotrzebowanie na systemy MRI nowej generacji wykorzystujące czujniki takie jak centra nitro-wakuowe (NV) w diamencie i optycznie napompowane magnetometry (OPMs). Te czujniki oferują zwiększoną czułość przy niższych polach magnetycznych, co umożliwia kompaktowe, energooszczędne, a potencjalnie także przenośne urządzenia MRI. Firmy takie jak QuSpin Inc. i Element Six prowadzą komercjalizację kwantowych magnetometrów i diamentowych czujników kwantowych, odpowiednio, docierając zarówno do producentów urządzeń do obrazowania medycznego (OEM), jak i instytucji badawczych.

W latach 2024-2025 współprace między producentami czujników a providerami opieki zdrowotnej przyspieszyły wdrożenia pilotażowe i wstępne walidacje kliniczne. Przykładowo, QuSpin Inc. dostarczył układy OPM do badań obrazowania mózgu, podczas gdy Element Six zwiększył produkcję syntetycznych podłoży diamentowych zaprojektowanych do kwantowego wykrywania. Wysiłki te kładą podwaliny pod szerszą adopcję, wspierając kompatybilność z istniejącymi platformami MRI i demonstrując lepsze możliwości obrazowania w obszarach takich jak funkcjonalne obrazowanie neuro oraz wczesne wykrywanie nowotworów.

Do 2027 roku rynek ma oczekiwać rozszerzenia poza akademickie i pilotażowe ustawienia kliniczne, ponieważ prowadzono i uzyskano zezwolenia regulacyjne dla urządzeń MRI wzmocnionych kwantowo. Partnerstwa z liderami urządzeń medycznych oraz sieciami szpitalnymi odegrają kluczową rolę w tej transformacji. Element Six informuje o bieżących współpracach z programistami MRI w celu integracji czujników kwantowych w systemy obrazowania nowej generacji.
Do 2030 roku perspektywy rynkowe przewidują rosnącą adopcję na rozwiniętych rynkach opieki zdrowotnej, z przyrostową penetracją na rynkach wschodzących, ponieważ koszty produkcji maleją, a łańcuchy dostaw dojrzewają. Potencjalne wprowadzenie przenośnych i tańszych skanerów MRI wzmocnionych kwantowo mogłoby znacznie rozszerzyć wielkość rynku, wspierając nowe zastosowania kliniczne i diagnostykę w miejscu opieki.
Oczekuje się, że krajobraz konkurencyjny będzie ewoluował szybko, z nowymi uczestnikami i ustabilizowanymi producentami czujników inwestującymi w własność intelektualną oraz zwiększającymi skale produkcji, aby zaspokoić rosnące zapotrzebowanie.

Podsumowując, rynek czujników kwantowej MRI w 2025 roku charakteryzuje się szybkimi innowacjami, rosnącym zainteresowaniem klinicznym i wyraźnym kierunkiem ku głównemu przyjęciu do końca dekady, w zależności od kontynuacji postępu technicznego i kamieni milowych regulacyjnych.

Kluczowe segmenty zastosowań: opieka zdrowotna, neurobiologia i inne

Czujniki kwantowego rezonansu magnetycznego (MRI) reprezentują transformującą granicę w obrazowaniu diagnostycznym, wykorzystując zjawiska kwantowe – takie jak magnetometria oparta na spinie i centra nitro-wakuowe (NV) w diamencie – aby osiągnąć niespotykaną czułość i rozdzielczość przestrzenną. W 2025 roku te czujniki przechodzą z rozwoju laboratoryjnego w kierunku praktycznego wdrożenia, co ma ogromne znaczenie dla opieki zdrowotnej, neurobiologii i wschodzących dziedzin interdyscyplinarnych.

W opiece zdrowotnej czujniki kwantowej MRI mają zamiar rozwiązać długoletnie ograniczenia konwencjonalnego MRI, zwłaszcza w wykrywaniu słabych pól magnetycznych na poziomie komórkowym i molekularnym. Organizacje takie jak Lockheed Martin i Element Six (globalny lider w produkcji syntetycznego diamentu) rozwijają technologię czujników diamentowych NV, umożliwiając wizualizację procesów biologicznych, które wcześniej były poza zasięgiem. Wczesne próby kliniczne badają, jak te czujniki mogą nieinwazyjnie obrazować aktywność neuronalną lub zmiany metaboliczne, a kilka szpitali akademickich współpracuje z startupami technologicznymi na etapie pilotażowym, jak na 2025 roku.

Neurobiologia ma szansę znacznie skorzystać z czujników kwantowej MRI. Tradycyjne MRI jest ograniczone w rozdzielczości czasowej i przestrzennej podczas mapowania funkcji mózgu. Firmy takie jak QuSpin opracowują układy optycznie napompowanych magnetometrów (OPM), które, po zintegrowaniu z czujnikami kwantowymi, umożliwiają magnetoencefalografię (MEG) w temperaturze pokojowej i w konfiguracjach przenośnych. To osiągnięcie prawdopodobnie ułatwi mapowanie dynamiki neuronalnej w czasie rzeczywistym i o wysokiej rozdzielczości, wspierając zarówno fundamentalne badania nad mózgiem, jak i diagnozę chorób neurodegeneracyjnych.

Poza opieką zdrowotną i neurobiologią, czujniki kwantowej MRI przyciągają uwagę w dziedzinach takich jak nauka o materiałach i analiza chemiczna. Na przykład, Qnami komercjalizuje platformy czujników kwantowych opartych na centrach NV diamentu do zastosowań lab-on-chip, umożliwiających nanoskalową charakteryzację materiałów, urządzeń i nawet chemii baterii. Te rozwiązania są już w fazie testów w projektach współpracy z firmami produkującymi półprzewodniki i zajmującymi się przechowywaniem energii.

Patrząc w przyszłość, perspektywy dla czujników kwantowej MRI definiuje ongoing miniaturyzacja, integracja z analizą danych opartą na AI oraz rosnące zaangażowanie regulacyjne. Konsorcja przemysłowe, takie jak te organizowane przez Europejski Flagowy Projekt Kwantowy, wspierają partnerstwa międzysektorowe w celu przyspieszenia adopcji klinicznej i ustanowienia standardów interoperacyjności. W miarę jak technologia dojrzewa, przewiduje się, że czujniki kwantowej MRI staną się coraz bardziej dostępne w placówkach obrazujących, ośrodkach badań neurobiologicznych i laboratoriach przemysłowych na całym świecie.

Analiza konkurencyjności i mapy drogowe technologii

Krajobraz konkurencyjny dla czujników kwantowego rezonansu magnetycznego (MRI) szybko się rozwija, gdy wiodące firmy i instytucje badawcze przesuwają granice technologii kwantowego czujnika. W 2025 roku sektor ten charakteryzuje się połączeniem ustabilizowanych producentów sprzętu MRI integrujących kwantowe ulepszenia oraz specjalistycznych startupów technologicznych skupiających się na innowacyjnym czujniku.

Kluczowymi graczami w tej dziedzinie są IBM, która ma dedykowaną dzielnicę badawczą kwantową, badającą nowe modality kwantowego czujnika związane z obrazowaniem medycznym, oraz Bruker, duży producent systemów MRI, który aktywnie bada integrację kwantowej magnetometrii do swoich platform obrazujących. Równolegle firmy takie jak Qnami komercjalizują czujniki kwantowe oparte na diamentach – wykorzystując centra nitro-wakuowe (NV) w celu umożliwienia ultrasensytywnego wykrywania pól magnetycznych, co jest bezpośrednio zdatne do następnej generacji urządzeń MRI.

Wyścig o komercjalizację czujników kwantowej MRI dodatkowo napędzają współprace między sektorem akademickim a przemysłowym. Na przykład, University of Bristol Quantum Engineering Technology Labs oraz Oxford Instruments wspólnie dążą do skalowalnych architektur czujników z poprawioną rozdzielczością przestrzenną oraz stosunkiem sygnału do szumu. Wysiłki w ramach programów Flagowego Projektu kwantowego w Unii Europejskiej również przyspieszają rozwój prototypów dla systemów obrazowania klinicznego i preklinicznego z kwantowymi ulepszeniami.

Technologicznie, aktualny (2025) stan zaawansowania czujników kwantowej MRI skupia się na magnetometrach diamentowych NV oraz optycznie napompowanych magnetometrach, z których oba wykazują poprawę czułości w porównaniu do tradycyjnych nadprzewodzących urządzeń (SQUID) w temperaturach pokojowych. Mapy drogowe rozwoju w całej branży skupiają się na następujących kamieniach milowych w ciągu kilku najbliższych lat:

Miniaturyzacja czujników kwantowych do integracji w przenośnych systemach MRI (Qnami).
Większa czułość i zakres dynamiczny odpowiedni do obrazowania funkcjonalnego i molekularnego (Bruker).
Standaryzacja i walidacja regulacyjna czujników kwantowych w MRI do użytku klinicznego (Oxford Instruments).
Redukcja kosztów poprzez skalowalną produkcję czujników kwantowych, w tym wzrostu syntetycznego diamentu i integracji fotoniki (Element Six).

Patrząc w przyszłość, mapy drogowe przemysłowe sugerują, że czujniki kwantowego rezonansu magnetycznego przejdą z prototypów badawczych do wczesnych zastosowań komercyjnych w niszowych zastosowaniach – takich jak mapowanie chorób neurologicznych i MRI w niskim polu – do 2027 roku. W miarę poprawy wskaźników wydajności czujników i wyjaśniania ścieżek regulacyjnych, przewiduje się szerszą adopcję kliniczną pod koniec dekady.

Wyzwania: skalowalność, koszty i integracja z legacy systemami MRI

Czujniki kwantowego rezonansu magnetycznego (MRI), zwłaszcza te wykorzystujące centra nitro-wakuowe (NV) w diamencie lub komórki pary atomowej, wykazały niezwykłą czułość w wykrywaniu drobnych pól magnetycznych. Jednak przejście tych innowacji laboratoriach na skalowalne, ekonomiczne technologie kompatybilne z istniejącą infrastrukturą MRI stwarza istotne wyzwania, zwłaszcza na rok 2025 i w perspektywie.

Skalowalność pozostaje główną przeszkodą. Wytwarzanie czujników kwantowych, szczególnie opartych na diamentach NV, jest zarówno technicznie wymagające, jak i zasobożerne. Osiągnięcie jednolitości i wysokiej wydajności w skali wafla wciąż jest w toku, a obecne wysiłki komercyjne są skoncentrowane na optymalizacji metod wzrostu kryształów i implantacji. Na przykład, Element Six rozwija procesy produkcyjne syntetycznego diamentu, ale masowa produkcja materiału o odpowiednich właściwościach NV pozostaje ograniczona. Podobnie czujniki komórkowe pary atomowej wymagają precyzyjnego mikroformowania i technologii pakowania, które dopiero zaczynają być wprowadzane do przemysłu na liniach pilotażowych przez dostawców takich jak Qnami.

Koszt jest blisko związany ze skalowalnością. Wysoka czystość i złożony proces wymagany dla diamentów o jakości kwantowej, wraz ze specjalistycznymi komponentami mikrooptycznymi i mikrofalonowymi do odczytu czujników, prowadzi do znacznych wydatków na każdy czujnik. W związku z tym czujniki kwantowej MRI obecnie przekraczają progi kosztowe dla powszechnego wdrożenia klinicznego. Chociaż takie firmy jak MagiQ Technologies aktywnie rozwijają urządzenia wzmocnione kwantowo, redukcja kosztów będzie w dużej mierze zależała od zwiększenia wydajności produkcji, poprawy wykorzystania materiału i integracji bardziej przystępnych systemów fotonowych i elektrycznych – obszarów aktywnego badania i rozwoju.

Integracja z Legacy Systemami MRI jest kolejną kluczową barierą. Większość istniejących platform MRI jest zoptymalizowanych do konwencjonalnych układów cewek radiowych i nie ma interfejsu oraz systemów sterowania potrzebnych do działania czujników kwantowych. To wymaga znacznych modyfikacji sprzętowych lub opracowania systemów hybrydowych. Współprace w branży się pojawiają; na przykład, Bruker bada włączenie czujników kwantowych do swoich platform preklinicznych MRI, lecz takie wysiłki są na etapie eksperymentalnym. Kompatybilność z standardowymi sekwencjami impulsów MRI, protokołami akwizycji danych i wymaganiami ekranowania elektromagnetycznego stwarza dodatkowe złożoności inżynieryjne.

Patrząc w przyszłość, oczekuje się, że kolejne postępy w naukach materiałowych, integracji fotoniki i inżynierii systemów pomogą stopniowo obniżyć koszty i poprawić skalowalność. Jednak powszechna adopcja kliniczna czujników kwantowej MRI wydaje się mało prawdopodobna w ciągu najbliższych kilku lat, chyba że dojdzie do przełomów w automatycznym wytwarzaniu i integracji systemów typu plug-and-play. Uczestnicy branży coraz częściej inwestują w współpracę B+R, aby rozwiązać te bariery w nadziei na rozszerzenie ich wdrożenia w drugiej połowie lat 2020-tych.

Nowe innowacje: nadprzewodzące kubity i czujniki NV-diamantowe

Czujniki kwantowego rezonansu magnetycznego (MRI) reprezentują transformacyjny skok w technologii obrazowania, wykorzystując niezwykłą czułość systemów kwantowych do detectowania drobnych pól magnetycznych. Dwie z najbardziej obiecujących innowacji w tej dziedzinie to nadprzewodzące kubity i centra nitro-wakuowe (NV) w diamentach. Na rok 2025 te technologie przekształcają się z badań laboratoryjnych do wczesnych zastosowań komercyjnych, napędzane postępami w materiałach kwantowych, integracji czujnika i skalowalnej produkcji.

Nadprzewodzące kubity, głównie rozwijane do obliczeń kwantowych, wykazały wyjątkową wydajność jako ultrasensytywne magnetometry. Wykorzystując koherentne stany kwantowe nadprzewodzących obwodów, te czujniki mogą wykrywać pola magnetyczne o czułości osiągającej zakres femtotesli. Firmy takie jak IBM i Rigetti Computing aktywnie angażują się w doskonalenie architektur nadprzewodzących kubitów, nie tylko dla obliczeń kwantowych, ale także dla zastosowań czujników kwantowych, w tym MRI. W 2024 roku Oxford Instruments ogłosiły wspólne inicjatywy badawcze mające na celu zintegrowanie nadprzewodzących czujników kwantowych z tradycyjnym sprzętem MRI, dążąc do poprawy rozdzielczości przestrzennej i stosunku sygnału do szumu.

Równocześnie, czujniki kwantowe NV-diamantowe pojawiły się jako wiodąca technologia do nowej generacji obrazowania magnetycznego. Ośrodki NV – atomowe defekty w diamencie – wykazują wyjątkową czułość na lokalne pola magnetyczne w temperaturze pokojowej. Element Six, spółka zależna grupy De Beers, jest głównym dostawcą wysokiej czystości syntetycznych podłoży diamentowych dostosowanych do zastosowań kwantowych. Na początku 2025 roku Qnami wprowadziło na rynek ProteusQ, komercyjny mikroskop magnetyczny NV-diamantowy, który ma na celu zarówno rynek badawczy, jak i przemysłowy. Te urządzenia umożliwiają ilościowe, nanoskalowe obrazowanie magnetyczne, otwierając perspektywy dla nieinwazyjnego obrazowania próbek biologicznych i defektów materiałowych.

Patrząc w przyszłość, perspektywy dla czujników kwantowej MRI są szczególnie obiecujące. Integracja czujników kwantowych w systemach MRI ma umożliwić obrazowanie o wyższej rozdzielczości, skrócone czasy skanowania i niższe wymagania energetyczne. Sektor ten świadczy coraz większe inwestycje oraz aktywność partnerską, co potwierdza partnerstwo Brukera z twórcami czujników kwantowych, mające na celu zbadanie następnej generacji instrumentacji NMR i MRI. W ciągu następnych kilku lat przewiduje się, że postępy w inżynierii kriogenicznej, elektronice kontrolnej kwantowej i miniaturyzacji czujników przyspieszą przyjęcie, a prototypy skanera MRI wzmocnionego kwantowo mają być korzystane klinicznie do 2027 roku.

Perspektywy na przyszłość: rola kwantowej MRI w medycynie spersonalizowanej i diagnostyce

Czujniki kwantowego rezonansu magnetycznego (QMRI) mają potencjał do przekształcenia krajobrazu medycyny spersonalizowanej i diagnostyki w ciągu następnych kilku lat. W przeciwieństwie do konwencjonalnej MRI, czujniki kwantowe – często oparte na centrach nitro-wakuowych (NV) w diamencie lub komórkach pary atomowej – obiecują czułość na poziomie kwantowym do wykrywania drobnych pól magnetycznych, co umożliwia nieinwazyjne wykrywanie procesów molekularnych i komórkowych przy niespotykanej rozdzielczości przestrzennej.

W roku 2025 kilka wiodących instytucji i firm przyspieszyło badania i rozwój platform czujników QMRI, dążąc do przejścia od dowodów koncepcji laboratoryjnej do wdrożenia klinicznego i komercyjnego. Lockheed Martin i Qnami ogłosiły postępy w integracji czujników kwantowych do zastosowań obrazowania biomedycznego, koncentrując się na zdolności do wykrywania ultra-niskich sygnałów magnetycznych generowanych przez aktywność neuronalną lub zmiany metaboliczne. Element Six, dostawca materiałów syntetycznego diamentu, kontynuuje dostarczanie wysokiej czystości podłoży niezbędnych do opracowania czujników opartych na NV.

Równolegle, Quantum Diamond Technologies, Inc. (QDTI) rozwija układy czujników diamentowych kwantowych do wykrywania biomarkerów i wczesnej diagnostyki chorób. Ich plan technologiczny przewiduje pierwsze badania pilotażowe w szpitalach do 2026 roku, dążąc do obrazowania subkomórkowego i monitorowania postępu choroby w czasie rzeczywistym. Dodatkowo, współprace akademickie i rządowe, takie jak te wspierane przez National Institute of Standards and Technology (NIST), koncentrują się na hybrydowych systemach obrazowania kwantowego i klasycznego, które mogłyby współpracować z istniejącą infrastrukturą MRI.

Dane z wczesnych badań klinicznych i preklinicznych sugerują, że czujniki kwantowe mogą obniżyć próg wykrywalności biomarkerów o wiele rzędów wielkości, co pozwala na wcześniejsze interwencje w onkologii, neurologii i kardiologii. Na przykład, prototypy czujników zaprezentowane przez Qnami osiągnęły rozdzielczości przestrzenne poniżej 10 nanometrów w kontrolowanych warunkach, daleko przekraczając możliwości konwencjonalnej MRI.

Patrząc w przyszłość, następne kilka lat będzie kluczowe dla skalowania produkcji czujników, poprawy integracji z klinicznym sprzętem MRI oraz uzyskania zatwierdzenia regulacyjnego. Adopcja rynku będzie zależeć od wykazania wyraźnych popraw w dokładności diagnostycznej, szybkości i wynikach pacjentów. Do 2028 roku liderzy branży przewidują pierwsze komercyjne moduły czujników kwantowej MRI do specjalistycznego użytku diagnostycznego, torując drogę do szerokiej adopcji i realizacji medycyny precyzyjnej na poziomie molekularnym.

Źródła i odniesienia

Quantum Dots: The Future of Medical Imaging

Watch this video on YouTube