Cảm biến lượng tử kim cương phát hiện lãng phí điện năng trong nhà máy

Cảm biến lượng tử kim cương vừa được công ty deep-tech xDots giới thiệu tại Quantum Korea 2026, sự kiện khoa học và công nghệ lượng tử lớn nhất Hàn Quốc, tổ chức tại Seoul. Trong khi phần lớn ngành công nghiệp lượng tử toàn cầu đang dồn nguồn lực vào máy tính lượng tử thế hệ mới, xDots chọn một hướng đi khác hẳn.

Công ty tập trung vào cảm biến lượng tử, công cụ giúp nhà máy, trung tâm dữ liệu và các tòa nhà quy mô lớn xác định chính xác nơi điện năng đang bị thất thoát. Hệ thống mang tên xEnergy, xây dựng xoay quanh cảm biến lượng tử có tên xSee, chính là sản phẩm trung tâm của màn trình diễn này. Thay vì chỉ báo cáo tổng lượng điện tiêu thụ của một cơ sở, nền tảng được thiết kế để trả lời ba câu hỏi cùng lúc, đó là điện bị lãng phí vào lúc nào, ở đâu và vì lý do gì.

Hình ảnh minh họa về kim cương có khuyết tật NV. Ảnh: Steve A Johnson/Pexels

Khiếm khuyết trong viên kim cương trở thành cảm biến lượng tử

Bài toán lớn nhất trong quản lý năng lượng công nghiệp nằm ở khả năng quan sát. Một nhà máy sản xuất, hệ thống làm lạnh, thiết bị điều hòa không khí hay trung tâm dữ liệu chứa hàng nghìn linh kiện điện tử hoạt động song song. Cảm biến truyền thống đo dòng điện và công suất khá tốt, nhưng lại gặp khó khi phát hiện những biến động cực nhỏ, loại tín hiệu thường tiết lộ chu kỳ vận hành kém hiệu quả hoặc dấu hiệu thiết bị sắp hỏng.

Giải pháp của xDots dựa trên tâm khuyết nitơ trong kim cương, gọi tắt là tâm NV, một khiếm khuyết được tạo ra có chủ đích bên trong tinh thể kim cương. Ở vị trí khiếm khuyết này, một nguyên tử carbon được thay thế bằng nguyên tử nitơ, còn vị trí nguyên tử liền kề bị bỏ trống hoàn toàn thay vì được lấp đầy như cấu trúc tinh thể hoàn hảo. Điều bất ngờ là chính khiếm khuyết tí hon đó lại trao cho viên kim cương những tính chất lượng tử đặc biệt, cho phép nó phát hiện những thay đổi cực nhỏ trong từ trường và dòng điện.

Khác với nhiều công nghệ lượng tử đòi hỏi nhiệt độ gần độ không tuyệt đối, cảm biến tâm NV hoạt động ngay ở nhiệt độ phòng, nhờ đó trở nên thực tế hơn hẳn khi lắp đặt tại nhà máy và tòa nhà thương mại. Giới nghiên cứu đã nghiên cứu loại cảm biến này trong nhiều năm, bởi chúng có thể phát hiện từ trường cực nhỏ trong khi vẫn giữ được độ ổn định dưới điều kiện vận hành thông thường hàng ngày.

xEnergy biến số đo thành khuyến nghị tiết kiệm điện

Thành phần đầu tiên của hệ thống, xSee, kết hợp cảm biến lượng tử tâm NV kim cương với phần cứng IoT để liên tục đo dòng điện, từ trường và dòng năng lượng phát ra từ thiết bị công nghiệp. Theo công bố của đội ngũ xDots, hệ thống đạt độ chính xác đo lên tới 0,01%, cho phép nắm bắt những biến động điện cực nhỏ mà công cụ giám sát thông thường thường bỏ sót.

Dữ liệu thu thập được đưa vào một mô hình phân tích dựa trên trí tuệ nhân tạo, sau đó hiển thị qua bảng điều khiển xMon, nơi trực quan hóa dòng năng lượng của toàn bộ cơ sở theo thời gian thực. Thành phần thứ ba, xOpt, phân tích luồng dữ liệu đầu vào và đề xuất lịch vận hành cùng cài đặt thiết bị hiệu quả hơn. Hệ thống không đơn thuần cắt giảm điện đồng loạt trên toàn bộ dây chuyền, mà cố gắng xác định đúng thời điểm máy móc đang lãng phí năng lượng, từ đó đề xuất thay đổi vận hành giúp giảm tiêu thụ mà không ảnh hưởng đến năng suất.

Ông Woodo Lee, nhà sáng lập kiêm CEO xDots, cho biết xEnergy xác định chính xác thời điểm thiết bị nhà máy lãng phí điện nhiều nhất và cách điều chỉnh chu kỳ vận hành để đạt hiệu quả cao hơn. Ông cũng khẳng định hiệu quả tiết kiệm điện có thể cảm nhận được ở bất kỳ nơi nào tiêu thụ điện năng lớn, từ nhà máy sản xuất quy mô lớn, trung tâm dữ liệu, khu văn phòng mật độ cao cho đến các công trình công cộng. Điểm khiến hệ thống xEnergy trở nên khác biệt chính là cách nó kết hợp cảm biến lượng tử, trí tuệ nhân tạo và IoT theo hướng ứng dụng thực tiễn, thay vì dừng lại ở phòng thí nghiệm.

Kết quả thử nghiệm thực tế và giới hạn cần kiểm chứng thêm

Một cảm biến tinh vi chỉ thật sự có giá trị khi mang lại lợi ích đo đếm được trong điều kiện vận hành thực. Vì vậy, đội ngũ xEnergy đã triển khai nhiều dự án thử nghiệm khái niệm cùng các đối tác công nghiệp để đánh giá hệ thống bên ngoài phòng thí nghiệm. Một dự án tập trung vào cơ sở làm lạnh và cấp đông, trong khi một hợp tác khác thử nghiệm bảo trì dự đoán cho máy bơm công nghiệp. Công ty cho biết các thử nghiệm này ghi nhận mức tiết kiệm điện năng từ 15 đến 30%. Một dự án thử nghiệm khác đánh giá khả năng tối ưu hóa hệ thống điều hòa không khí, và theo xDots, giải pháp này hiện đã được triển khai thương mại.

Tại Quantum Korea 2026, xDots còn trình diễn khả năng của xSee trong việc đo dòng điện một chiều theo thời gian thực, đồng thời phát hiện những thay đổi nhanh khi hệ thống điện được bật hoặc tắt. Ông Lee chia sẻ rằng thông qua triển lãm này, công ty muốn giới thiệu những trường hợp thương mại thực tế, nơi công nghệ lượng tử được áp dụng trực tiếp vào ngành công nghiệp, để khách hàng có thể tự kiểm chứng sự thay đổi của các đại lượng vật lý mà họ quan tâm. Do không gian triển lãm không thể tái hiện tải điện công nghiệp quy mô lớn, phần trình diễn phải dựa một phần vào dữ liệu thu thập từ trước tại các cơ sở đang vận hành thực tế.

Mức tiết kiệm điện mà xDots công bố đáng chú ý còn vì một lý do khác. Kết quả đó cho thấy công nghệ lượng tử có thể tiếp cận ngành công nghiệp qua con đường cảm biến, thay vì chỉ qua máy tính lượng tử như phần lớn sự chú ý hiện nay. Trong khi máy tính lượng tử vẫn đang trong giai đoạn phát triển, cảm biến lượng tử đã được đưa vào sử dụng để đo các quá trình vật lý với độ chính xác mà thiết bị đo thông thường thường khó đạt được. Tuy vậy, những con số 15 đến 30% mà xDots công bố hiện vẫn chủ yếu đến từ các dự án thí điểm quy mô nhỏ do chính công ty thực hiện, nên cần thêm những đánh giá độc lập trên diện rộng để xác nhận mức tiết kiệm này có thể lặp lại ổn định ở nhiều ngành công nghiệp khác nhau hay không.

Nguyên Anh