Cercetătorii au făcut un pas crucial în realizarea unei „busolă cuantică” portabilă care ar putea ajuta într-o zi oamenii să navigheze fără sistemul de poziționare globală (GPS).
Oamenii de știință au miniaturizat cu succes un sistem laser care are de obicei dimensiunea unui frigider pentru a realiza o tehnică de detectare numită interferometrie atomică. Sistemul se potrivește acum pe un microcip de siliciu, a raportat echipa pe 10 iulie jurnalul Progresele științei.
„Cred că este cu adevărat interesant”, autorul principal al studiului Ashok Kodigalaun om de știință fotonic al siliciului de la Laboratorul Național Sandia din Albuquerque, a spus într-un declaraţie. „Facem multe progrese în miniaturizare pentru o mulțime de aplicații diferite.”
Ca și lumina, electronii se comportă uneori ca unde. Interferometria atomică profită de această proprietate pentru a măsura cu precizie accelerația, rotația și viteza unghiulară. Aceste variabile ar putea ajuta utilizatorii de busolă cuantică să-și măsoare și să urmărească propria poziție fără a utiliza GPS-ul, care se bazează pe transmiterea continuă a semnalelor între dispozitive și sateliți.
Spre deosebire de laser, care emite un fascicul de lumină, un interferometru atomic emite un fascicul de atomi super-reci și apoi folosește mai degrabă lumina decât oglinzile pentru a manipula acel fascicul. Interferometrul măsoară diferența de fază – dacă vârfurile și jgheaburile undelor se aliniază între ele – între atomi pe căi diferite. Orice modificare a energiei de-a lungul celor două căi, cum ar fi un atom care primește energie dintr-o interacțiune cu lumina, va deplasa atomii în faza și în defazare. Oamenii de știință pot folosi asta pentru a măsura cât de repede se accelerează atomii.
În mod normal, interferometrele cu șase atomi necesare pentru a face o busolă cuantică ar umple o casă mică. Dar oamenii de știință au făcut o parte a sistemului mai mică, profitând de circuitele integrate fotonice – o tehnologie laser miniaturală existentă – pentru a construi modulatoare minuscule care pot regla frecvența fasciculului pentru diferite funcții.
Modulatorii vin cu propriile provocări, totuși. Ele adaugă adesea „ecouri” de lumină, numite benzi laterale, care trebuie suprimate pentru ca instrumentul să funcționeze corect. Regulând cu atenție frecvențele radio care controlează modulatoarele, echipa a redus intensitatea benzilor laterale nedorite de 100.000 de ori.
„Am îmbunătățit drastic performanța în comparație cu ceea ce este acolo”, a spus Kodigala în declarație.
În ciuda progresului, busolele cuantice mici nu sunt încă pregătite pentru rafturi. Oamenii de știință încă lucrează pentru a miniaturiza celelalte componente și a le integra pe toate într-un singur cip. Dar echipa a făcut deja pași în scădere alte părți ale sistemului și susținerea aparatului delicat împotriva vibrațiilor, șocurilor și radiațiilor.
În cele din urmă, busolele cuantice ar putea ajuta oamenii să navigheze în zonele în care GPS-ul nu este disponibil sau în zonele de conflict când semnalele GPS sunt blocate. Iar tehnologia dezvoltată pentru a susține busolele ar putea găsi utilizări în alte sectoare, cum ar fi lidar și calculul cuantic.
„Am o pasiune să văd aceste tehnologii trecând în aplicații reale”, coautor al studiului Peter Schwindtun om de știință cu detecție cuantică de la Sandia, a spus în declarație.