Σε μια σημαντική πρόοδο για την τεχνολογία κβαντικών αισθητήρων, ερευνητές του Πανεπιστημίου του Κολοράντο στο Μπόλντερ κατάφεραν να δημιουργήσουν μια συσκευή που μπορεί να μετρήσει ταυτόχρονα επιτάχυνση σε τρεις διαστάσεις χρησιμοποιώντας υπερψυχθέντα άτομα—κάτι που πολλοί επιστήμονες θεωρούσαν προηγουμένως αδύνατο.
Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τη μεταπτυχιακή φοιτήτρια Kendall Mehling, τη μεταδιδακτορική ερευνήτρια Catie LeDesma και τον καθηγητή του JILA Murray Holland, δημοσίευσε τα ευρήματά της αυτόν τον μήνα στο περιοδικό Science Advances. Το έργο τους αποτελεί σημαντικό βήμα προόδου στην τεχνολογία κβαντικής πλοήγησης.
Η συσκευή λειτουργεί ψύχοντας άτομα ρουβιδίου σε θερμοκρασίες μόλις δισεκατομμυριοστά του βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν, δημιουργώντας μια κβαντική κατάσταση που ονομάζεται συμπύκνωμα Bose-Einstein. Σε αυτή την κατάσταση, τα άτομα σχηματίζουν συνεκτικά κύματα ύλης που μπορούν να χειριστούν με εξαιρετική ακρίβεια. Χρησιμοποιώντας έξι λέιζερ τόσο λεπτά όσο μια ανθρώπινη τρίχα, η ομάδα «καρφώνει» τα άτομα στη θέση τους και στη συνέχεια τα διαχωρίζει σε κβαντικές υπερθέσεις, όπου κάθε άτομο υπάρχει ταυτόχρονα σε δύο σημεία.
Η τεχνητή νοημοσύνη παίζει καθοριστικό ρόλο στη λειτουργία του συστήματος. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν αλγορίθμους μηχανικής μάθησης για να διαχειριστούν τη σύνθετη διαδικασία ρύθμισης των λέιζερ ώστε να χειριστούν τα άτομα. «Η τεχνητή νοημοσύνη σχεδιάζει τη σειρά των ρυθμίσεων των λέιζερ που απαιτούνται, απλοποιώντας μια διαδικασία που αλλιώς θα ήταν αδύνατο να ολοκληρωθεί με δοκιμές και σφάλματα», εξήγησε ο καθηγητής Holland.
Ενώ τα σημερινά συστήματα πλοήγησης βασίζονται κυρίως σε GPS και ηλεκτρονικά επιταχυνσιόμετρα, αυτά υπόκεινται σε μηχανική φθορά και περιβαλλοντικές ευαισθησίες με την πάροδο του χρόνου. Τα άτομα, αντίθετα, δεν γερνούν ούτε υποβαθμίζονται, προσφέροντας μακροχρόνια σταθερότητα και ανθεκτικότητα. Αυτή η κβαντική συσκευή θα μπορούσε τελικά να επιτρέψει την πλοήγηση σε περιβάλλοντα όπου τα σήματα GPS δεν είναι διαθέσιμα, όπως υποθαλάσσια, υπόγεια ή στο διάστημα.
Η τεχνολογία έχει προσελκύσει σημαντικό ενδιαφέρον, με τη NASA να απονέμει στην ομάδα επιχορήγηση 5,5 εκατομμυρίων δολαρίων το 2023 μέσω του Quantum Pathways Institute για τη συνέχιση της ανάπτυξης του αισθητήρα. Πέρα από την πλοήγηση, η συσκευή θα μπορούσε να φέρει επανάσταση στις γεωλογικές έρευνες, τις δοκιμές θεμελιωδών φυσικών νόμων και τα συστήματα καθοδήγησης αυτόνομων οχημάτων. Αν και προς το παρόν έχει μέγεθος πάγκου εργαστηρίου και είναι λιγότερο ευαίσθητη από τις εμπορικές τεχνολογίες, οι ερευνητές είναι αισιόδοξοι ότι θα βελτιώσουν την απόδοσή της και θα μειώσουν το μέγεθός της τα επόμενα χρόνια.