Kvanttitunnistinteknologian merkittävässä edistysaskeleessa Coloradon yliopiston tutkijat ovat onnistuneet luomaan laitteen, joka kykenee mittaamaan kiihtyvyyttä samanaikaisesti kolmessa ulottuvuudessa ultrakylmien atomien avulla – asia, jonka monet tutkijat aiemmin katsoivat mahdottomaksi.
Tutkimusryhmää johtivat jatko-opiskelija Kendall Mehling, tutkijatohtori Catie LeDesma ja JILA-professori Murray Holland. He julkaisivat tuloksensa tässä kuussa Science Advances -lehdessä. Työ edustaa merkittävää harppausta kvanttinavigaatioteknologian kehityksessä.
Laite toimii jäähdyttämällä rubidiumatomit vain muutaman miljardisosan päähän absoluuttisesta nollapisteestä, jolloin muodostuu kvanttitila nimeltä Bose-Einsteinin kondensaatti. Tässä tilassa atomit muodostavat koherentteja aaltopaketteja, joita voidaan manipuloida äärimmäisen tarkasti. Kuuden, hiuksenhienon laserin avulla tiimi lukitsee atomit paikoilleen ja jakaa ne sitten kvanttisuperpositioihin, joissa kukin atomi on samanaikaisesti kahdessa paikassa.
Tekoälyllä on ratkaiseva rooli järjestelmän toiminnassa. Tutkijat hyödynsivät koneoppimisalgoritmeja hallitsemaan monimutkaista laserien säätöprosessia atomien manipuloimiseksi. "Tekoäly suunnittelee tarvittavan laserisäätöjen sarjan, mikä nopeuttaa prosessia, joka muuten olisi mahdottoman monimutkainen kokeilu- ja erehdysmenetelmä", selittää professori Holland.
Nykyiset GPS- ja elektroniset kiihtyvyysanturit hallitsevat navigaatiojärjestelmiä, mutta ne kärsivät ajan myötä mekaanisesta kulumisesta ja ympäristön aiheuttamista häiriöistä. Atomit puolestaan eivät vanhene tai kulu, mikä mahdollistaa pitkäaikaisen vakauden ja luotettavuuden. Tämä kvanttilaite voi tulevaisuudessa mahdollistaa navigoinnin ympäristöissä, joissa GPS-signaali ei ole saatavilla, kuten veden alla, maan alla tai avaruudessa.
Teknologia on herättänyt laajaa kiinnostusta, ja NASA myönsi tiimille 5,5 miljoonan dollarin apurahan vuonna 2023 Quantum Pathways Institute -ohjelmansa kautta laitteen kehityksen jatkamiseksi. Navigaation lisäksi laite voi mullistaa geologiset kartoitukset, perustavanlaatuisten fysiikan lakien testauksen sekä autonomisten ajoneuvojen ohjausjärjestelmät. Vaikka laite on toistaiseksi pöytämallin kokoinen ja vähemmän herkkä kuin kaupalliset teknologiat, tutkijat uskovat voivansa parantaa sen suorituskykyä ja pienentää kokoa tulevina vuosina.