Ve významném pokroku v oblasti kvantové senzoriky se výzkumníkům z Coloradské univerzity v Boulderu podařilo vytvořit zařízení, které dokáže současně měřit zrychlení ve třech rozměrech pomocí ultrachladných atomů – což mnozí vědci dříve považovali za nemožné.
Výzkumný tým vedený doktorandkou Kendall Mehling, postdoktorandkou Catie LeDesma a profesorem Murrayem Hollandem z institutu JILA publikoval své výsledky tento měsíc v časopise Science Advances. Jejich práce představuje zásadní krok vpřed v oblasti kvantové navigace.
Zařízení funguje tak, že ochlazuje atomy rubidia na teploty jen několik miliardtin stupně nad absolutní nulou, čímž vzniká kvantový stav zvaný Bose-Einsteinův kondenzát. V tomto stavu vytvářejí atomy koherentní vlny hmoty, které lze extrémně přesně ovládat. Pomocí šesti laserů tenkých jako lidský vlas tým atomy „připíná“ na místo a následně je rozděluje do kvantových superpozic, kdy každý atom existuje současně na dvou místech.
Umělá inteligence hraje v provozu systému klíčovou roli. Výzkumníci nasadili algoritmy strojového učení, které řídí složitý proces nastavování laserů pro manipulaci s atomy. „AI naplánuje sekvenci úprav laserů, což výrazně zjednodušuje jinak nemožně složitý proces pokusů a omylů,“ vysvětlil profesor Holland.
Současné navigační systémy spoléhají hlavně na GPS a elektronické akcelerometry, které však časem trpí mechanickým opotřebením a jsou citlivé na okolní prostředí. Atomy naproti tomu nestárnou ani se neopotřebovávají, což zajišťuje dlouhodobou stabilitu a odolnost. Toto kvantové zařízení by mohlo v budoucnu umožnit navigaci v prostředích, kde není GPS dostupné – například pod vodou, pod zemí nebo ve vesmíru.
Technologie vzbudila značný zájem – NASA udělila týmu v roce 2023 grant ve výši 5,5 milionu dolarů prostřednictvím programu Quantum Pathways Institute na další vývoj senzoru. Kromě navigace by zařízení mohlo přinést revoluci v geologických průzkumech, testování základních fyzikálních principů i v systémech autonomního řízení vozidel. Přestože je zařízení zatím stolní velikosti a méně citlivé než komerčně dostupné technologie, výzkumníci věří, že v příštích letech jeho výkon zlepší a rozměry zmenší.