I et markant fremskridt inden for kvantesensorteknologi har forskere ved University of Colorado Boulder med succes skabt en enhed, der kan måle acceleration i tre dimensioner samtidigt ved hjælp af ultrakolde atomer – noget, mange forskere tidligere anså for at være umuligt.
Forskerholdet, ledet af ph.d.-studerende Kendall Mehling, postdoc Catie LeDesma og JILA-professor Murray Holland, offentliggjorde deres resultater i denne måned i tidsskriftet Science Advances. Deres arbejde markerer et stort skridt fremad for kvantenavigationsteknologi.
Enheden fungerer ved at køle rubidiumatomer ned til temperaturer blot milliarder af en grad over det absolutte nulpunkt, hvilket skaber en kvantetilstand kaldet et Bose-Einstein-kondensat. I denne tilstand danner atomerne sammenhængende materiebølger, som kan manipuleres med ekstrem præcision. Ved hjælp af seks lasere, så tynde som et menneskehår, fastholder holdet atomerne, hvorefter de deles op i kvantesuperpositioner, hvor hvert atom eksisterer to steder på én gang.
Kunstig intelligens spiller en afgørende rolle i systemets funktion. Forskerne benyttede maskinlæringsalgoritmer til at styre den komplekse proces med at justere lasere for at manipulere atomerne. "AI'en planlægger rækkefølgen af laserjusteringer, hvilket effektiviserer en ellers umuligt kompliceret trial-and-error-proces," forklarer professor Holland.
Mens nuværende GPS- og elektroniske accelerometre dominerer navigationssystemer, lider de under mekanisk slitage og miljømæssige sårbarheder over tid. Atomer ældes derimod ikke eller nedbrydes, hvilket giver langtidsholdbar stabilitet og robusthed. Denne kvanteenhed kan på sigt muliggøre navigation i miljøer, hvor GPS-signaler ikke er tilgængelige, såsom under vand, under jorden eller i rummet.
Teknologien har vakt betydelig interesse, og NASA har i 2023 tildelt holdet et legat på 5,5 millioner dollars gennem Quantum Pathways Institute til videreudvikling af sensoren. Ud over navigation kan enheden revolutionere geologiske undersøgelser, test af fundamental fysik og autonome køretøjers styresystemer. Selvom den i øjeblikket er på bænkniveau og mindre følsom end kommercielle teknologier, er forskerne optimistiske med hensyn til at forbedre dens ydeevne og reducere størrelsen i de kommende år.