Κβαντική «πυξίδα» για πλοήγηση άνευ δορυφόρων. Quantum ‘compass’ could allow navigation without relying on satellites

To επιταχυνσιόμετρο από κοντά. The UK’s first quantum accelerometer for navigation has been demonstrated by a team from Imperial College London and M Squared. Close-up of the accelerometer.

Ερευνητές του Imperial College London και της M Squared στη Μ. Βρετανία ανέπτυξαν και κατασκεύασαν ένα κβαντικό επιταχυνσιόμετρο, αποσκοπώντας στην απόκτηση της δυνατότητας πλοήγησης άνευ χρήσης δορυφόρων.

Η πλοήγηση σήμερα σε πολύ μεγάλο βαθμό βασίζεται σε συστήματα δορυφορικής πλοήγησης όπως το GPS, που λαμβάνει και στέλνει σήματα από και προς δορυφόρους σε τροχιά γύρω από τον πλανήτη μας. Το κβαντικό επιταχυνσιόμετρο είναι ένα αυτόνομο σύστημα, το οποίο δε βασίζεται σε εξωτερικά σήματα, κάτι που σημαίνει πως θα είναι σε θέση να λειτουργεί ακόμα κι αν η επικοινωνία με δορυφόρους είναι για κάποιον λόγο αδύνατη.

Η ανάπτυξη της συσκευής χρηματοδοτήθηκε στο πλαίσιο του Future Sensing and Situational Awareness Programme του Defence Science and Technology Laboratory της Μ. Βρετανίας, του Engineering and Physical Sciences Research Council και του Innovate UK. Όπως υπογραμμίζεται σε ανακοίνωση του βρετανικού πανεπιστημίου, πρόκειται για το πρώτο εμπορικά βιώσιμο κβαντικό επιταχυνσιόμετρο του Ηνωμένου Βασιλείου, το οποίο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για πλοήγηση.

Τα επιταχυνσιόμετρα μετρούν πόσο αλλάζει η ταχύτητα ενός αντικειμένου με το πέρασμα του χρόνου. Μέσω αυτής της δυνατότητας, κι έχοντας γνώση του σημείου έναρξης, είναι δυνατός ο υπολογισμός της νέας θέσης ενός αντικειμένου.

Επιταχυνσιόμετρα υπάρχουν εδώ κι αρκετό καιρό. Συναντώνται σήμερα, μεταξύ άλλων, σε κινητά τηλέφωνα, laptops και αλλού, ωστόσο πρόκειται για συσκευές που δε μπορούν να διατηρήσουν την ακρίβειά τους για μεγάλες χρονικές περιόδους χωρίς εξωτερικό σημείο αναφοράς. Το κβαντικό επιταχυνσιόμετρο βασίζεται στην ακρίβεια που προκύπτει από τη μέτρηση των ιδιοτήτων εξαιρετικά ψυχρών ατόμων: Σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, τα άτομα αυτά «συμπεριφέρονται» με «κβαντικό» τρόπο, λειτουργώντας τόσο ως ύλη, όσο και ως κύματα. Όπως εξηγεί ο Dr Τζόζεφ Κότερ, του Centre for Cold Matter στo Imperial, «όταν τα άτομα είναι εξαιρετικά ψυχρά, πρέπει να χρησιμοποιήσουμε κβαντική μηχανική για να περιγράψουμε πώς κινούνται, κι αυτό μας επιτρέπει να φτιάξουμε αυτό που αποκαλούμε ατομικό ιντερφερόμετρο».

Καθώς τα άτομα πέφτουν, οι κυματικές τους ιδιότητες επηρεάζονται από την επιτάχυνση του οχήματος. Μέσω της χρήσης ενός «οπτικού χάρακα», το αξελερόμετρο είναι σε θέση να υπολογίζει τις μικρές αυτές αλλαγές πολύ γρήγορα.

Για να μπορέσουν να επιτευχθούν οι απαιτούμενες χαμηλές θερμοκρασίες στα άτομα και να αναλυθούν οι ιδιότητές τους, καθώς αντιδρούν στην επιτάχυνση, απαιτούνται πολύ ισχυρά λέιζερ, τα οποία ελέγχονται με εξαιρετικά υψηλό βαθμό ακριβείας. Το σύστημα λέιζερ που χρησιμοποιείται στο επιταχυνσιόμετρο αναπτύχθηκε από την M Squared.

A UK team from Imperial College London and M Squared has demonstrated a transportable, standalone quantum accelerometer at the National Quantum Technologies Showcase, an event demonstrating the technological progress arising from the UK National Quantum Technologies Programme -- a £270m UK Government investment over five years. The device represents the UK’s first commercially viable quantum accelerometer, which could be used for navigation.

Σε γενικές γραμμές, το συγκεκριμένο κβαντικό επιταχυνσιόμετρο προορίζεται για χρήση σε πλοήγηση μεγάλων οχημάτων (πλοία, τρένα κ.α.). Ωστόσο, θα μπορούσε και να χρησιμοποιηθεί σε διάφορους τομείς επιστημονικής έρευνας, όπως πχ στην αναζήτηση της σκοτεινής ενέργειας και την έρευνα πάνω στα βαρυτικά κύματα.

Πηγές: https://www.imperial.ac.uk/news/188973/quantum-compass-could-allow-navigation-without/ - https://www.naftemporiki.gr/story/1412062/kbantiki-puksida-gia-ploigisi-aneu-doruforon