في تقدم كبير لتقنيات الاستشعار الكمي، نجح باحثون في جامعة كولورادو بولدر في ابتكار جهاز قادر على قياس التسارع في ثلاثة أبعاد بشكل متزامن باستخدام ذرات فائقة البرودة — وهو أمر كان يعتقد الكثير من العلماء أنه مستحيل.
قاد فريق البحث كل من طالبة الدراسات العليا كيندال ميهلينغ، والباحثة ما بعد الدكتوراه كاتي ليديسما، وأستاذ معهد جيلا موراي هولاند، ونشروا نتائجهم هذا الشهر في مجلة Science Advances. ويمثل هذا العمل خطوة هامة نحو تطوير تكنولوجيا الملاحة الكمية.
يعمل الجهاز عبر تبريد ذرات الروبيديوم إلى درجات حرارة تبلغ أجزاء من المليار من الدرجة فوق الصفر المطلق، مما يخلق حالة كمومية تُعرف بتكاثف بوز-آينشتاين. في هذه الحالة، تشكل الذرات موجات مادية متماسكة يمكن التحكم بها بدقة فائقة. وباستخدام ستة أشعة ليزر رفيعة كالشعرة البشرية، يثبت الفريق الذرات في مكانها، ثم يقسمها إلى تراكبات كمومية بحيث توجد كل ذرة في مكانين في الوقت ذاته.
يلعب الذكاء الاصطناعي دورًا محوريًا في تشغيل النظام، حيث استخدم الباحثون خوارزميات تعلم الآلة لإدارة العملية المعقدة لضبط أشعة الليزر والتحكم في الذرات. وشرح البروفيسور هولاند: "يقوم الذكاء الاصطناعي بتخطيط تسلسل التعديلات اللازمة على الليزر، مما يبسط عملية كانت ستتطلب تجارب لا نهائية من المحاولة والخطأ".
ورغم أن أنظمة الملاحة الحالية تعتمد بشكل أساسي على GPS ومقاييس التسارع الإلكترونية، إلا أنها تعاني من التآكل الميكانيكي والتأثر بالظروف البيئية مع مرور الوقت. أما الذرات، فلا تتقادم أو تتدهور، ما يمنح الجهاز الكمي استقرارًا ومتانة على المدى الطويل. ويمكن لهذا الابتكار أن يمكّن الملاحة في بيئات لا تتوفر فيها إشارات GPS، مثل أعماق البحار أو تحت الأرض أو في الفضاء.
وقد حظيت هذه التقنية باهتمام كبير، حيث منحت وكالة ناسا الفريق منحة بقيمة 5.5 مليون دولار في عام 2023 عبر معهد Quantum Pathways لمواصلة تطوير المستشعر. وإلى جانب الملاحة، يمكن أن يحدث الجهاز ثورة في المسوحات الجيولوجية، واختبارات الفيزياء الأساسية، وأنظمة توجيه المركبات الذاتية القيادة. وعلى الرغم من أن الجهاز الحالي بحجم طاولة مختبر وحساسيته أقل من التقنيات التجارية، إلا أن الباحثين متفائلون بتحسين أدائه وتقليل حجمه خلال السنوات القادمة.