Kvantteknik har fått mycket uppmärksamhet på senare år men det har mest handlat om informationsbehandling, om kvantdatorer som exempelvis kan knäcka krypton. Men kvantteknik kan också användas för helt andra saker.

– Vi fokuserar på tidshållning, särskilt tidsystem som behövs för positionering, navigation och allmän elektronisk tidshållning, ofta förkortat PNT, säger Haitham El-Ella som grundat Adamant Quanta.

Idag finns distribuerade system med mycket noggrann tidshållning runt om i världen där masterklockorna baserade på cesium eller rubidium, atomånga. För att nyttja dessa behövs en Internet­uppkoppling. Ett annat alternativ är att använda tidssignalen i GPS- och andra satellitsystem vilket kräver fri sikt mot himlen plus att signalerna är svaga och därmed lätta att störa ut.

Det finns många tillämpningar för lokal tidshållning inklusive drönare, gruvfordon, undervattensverksamhet, militära tillämpningar och kommunikationssystem. För 5G är det vanligt att det i tillståndsvillkoren finns inskrivet att GPS och andra satellitsystem inte får användas för tidshållningen eftersom de är enkla att störa ut. Med 6G ökar behovet dessutom drastiskt när cellerna blir fler samtidigt som de måste vara bättre synkroniserade.

Haitham El-Ella

Ytterligare en tillämpning är alla de små lågtflygande kommu­nikationssatelliter som håller på att skjutas upp.

– Klocksystemen måste vara små och lätta, inte större än att de går att ytmontera.

Idag finns det ­kommersiella produkter från exempelvis franska Safran Group (fd Orolia) och amerikanska Microchip (fd Microsemi). De har en glasinne­slutning med cesium eller rubidium som värms upp så ämnet förgasas. Priset är i storleksordningen 2 000 dollar per styck.

– De möter kraven på vikt, storlek och effektförbrukning men ingen klarar kravet på stabilitet. De degraderas över tid vilket beror på deras fysikaliska egenskaper.

Arbetet med att utveckla den diamantbaserade kvantklockan drog igång för knapp två år sedan och i början av 2022 registrerades bolaget Adamant Quanta. Det är dock ingen avknoppning från något universitet utan ett resultat av Haitham El-Ellas samlade kunskaper från en mångårig forskarkarriär.

– Jag är akademiker, experimentell fysiker. Jag doktorerade i Cambridge 2012. Där arbetade jag ett antal år med GaN-baserade system, tittade på kvantprickar och mikrokaviteter för kvantkommunikation.

Därefter bar det av till Danmark och Niels Bohr Institutet i Köpenhamn innan karriären gick vidare till DTU strax norr om Köpenhamn där han forskade på kvantfenomen i diamanter för sensortillämpningar.

– Sedan arbetade jag åtta månader på Avdelningen för atomfysik på Lunds universitet innan jag började på uppstartsbolaget Quantum Brilliance i Australien.

De utvecklar diamantbaserade kvantinformationskluster.

– Det var kul men jag gillade Malmö och hade familjen här så jag funderade på vad jag kunde och vad jag ville göra.

I slutet av 2021 hoppade han av för att starta eget.

– Arbetet liknar mycket det jag gjorde i akademin. Jag söker finansiering och gör experiment. Sen har jag många kontakter så det var rätt enkelt att bestämma vad som är bästa marknaden, vad jag skulle satsa på.

Resultatet finns bakom honom på labbänken i form av en proto­typ av ett klocksystem som ligger runt 7 av 9 på TRL-skalan (Technology Readiness Level). Det innebär att tekniken fungerar men att det krävs mer arbete för att ta fram en prototyp som kan testas hos kund.

Det är här som tillskottet från i somras på knappt tio miljoner från Almi Invest, Industrifonden och Wallenbergstiftelsens fond Navigare Ventures kommer in.

– Pengarna gör att vi kan skala upp, kan anställa fler och köpa mer material för att slutföra prototyperna.

Företaget har redan avsikts­förklaringar med potentiella kunder i Tyskland och Australien. Det handlar om system för navigation och positionering.

Systemet som Haitham El-Ella har tagit fram utgår från industridiamanter som inne­håller mycket kväve och därför inte används för smycken – de är ”fula”. Huvudanvändningen är olika typer av slip-produkter.

– Vi använder vårt kunnande för att omvandla dem till användbara kvantsystem som kan skräddarsys för olika applikationer som sensorer, detektorer och tidshållning.

När man lyser på diamanten – på rätt sätt – med grönt laserljus går det att polarisera elektronernas spinn hos kväveatomerna så att de hamnar i ett diskret tillstånd.

– Det är ett kvantmekaniskt fenomen. Om jag skickar in en mikrovågsfrekvens som ­kommer i resonans med spinnet i defekterna får man en övergång som skapar en kontrast i ljuset. Det är den signaturen vi använder, säger Haitham El-Ella, och fortsätter:

– Det handlar om grundläggande fysik. Men det vi bidrar med, det som är vårt kunnande, är förståelsen för hur brusprocessen fungerar i diamanten och hur detta hanteras när diamanten integreras elektroniskt.

Defekterna kan ses som små magneter som pekar en viss riktning. Alla vibrerar och påverkar varandra vilket bidrar till bruset.

Tekniken är patentsökt men mycket av kunnandet ligger i hur man processar diamanterna och sedan driver dem, liksom i hur man sätter ihop delarna till ett system.

– Risken är att så fort ­patenten blir publika kan man göra ”reverse engineering”, ta reda på hur vi integrerat elektriskt.

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen. Prenumerera kostnadsfritt!

Normalt används 10 MHz som referensfrekvens vilket skapas genom att konvertera ned högre frekvenser. Detsamma gäller för Adamant Quanta vars klocka levererar mellan 2 GHz och 10 GHz utan nedkonvertering.