В значим напредък за квантовите сензорни технологии, изследователи от Университета на Колорадо в Боулдър успешно създадоха устройство, което може да измерва ускорение в три измерения едновременно с помощта на ултрастудени атоми – нещо, което много учени доскоро смятаха за невъзможно.
Изследователският екип, ръководен от докторанта Кендъл Мелинг, постдокторанта Кейти Ледесма и професора от JILA Мъри Холанд, публикува своите открития този месец в списанието Science Advances. Тяхната работа представлява важна стъпка напред в развитието на квантовите навигационни технологии.
Устройството работи чрез охлаждане на рубидиеви атоми до температури, само милиардни от градуса над абсолютната нула, създавайки квантово състояние, наречено Бозе-Айнщайнов кондензат. В това състояние атомите формират когерентни вълни на материята, които могат да бъдат манипулирани с изключителна прецизност. С помощта на шест лазера, тънки като човешки косъм, екипът фиксира тези атоми на място, след което ги разделя в квантови суперпозиции, при които всеки атом съществува едновременно на две места.
Изкуственият интелект играе ключова роля в работата на системата. Изследователите използват алгоритми за машинно обучение, за да управляват сложния процес на настройка на лазерите за манипулиране на атомите. „AI планира последователността от лазерни настройки, което значително опростява иначе невъзможно сложния процес на проби и грешки“, обяснява професор Холанд.
Докато настоящите GPS и електронни акселерометри доминират навигационните системи, те страдат от механично износване и уязвимост към околната среда с течение на времето. Атомите, напротив, не стареят и не се износват, осигурявайки дългосрочна стабилност и надеждност. Това квантово устройство може в бъдеще да позволи навигация в среди, където GPS сигналите са недостъпни – като под вода, под земята или в космоса.
Технологията вече привлича сериозен интерес – НАСА отпусна на екипа грант от 5,5 милиона долара през 2023 г. чрез института Quantum Pathways за продължаване на разработката на сензора. Освен за навигация, устройството може да революционизира геоложките проучвания, тестовете на фундаменталната физика и системите за автономно управление на превозни средства. Макар в момента да е с размерите на лабораторна маса и по-малко чувствително от комерсиалните технологии, изследователите са оптимисти, че ще подобрят неговата производителност и ще намалят размерите му през следващите години.