In un importante progresso per la tecnologia di rilevamento quantistico, i ricercatori dell’Università del Colorado Boulder sono riusciti a creare un dispositivo capace di misurare simultaneamente l’accelerazione in tre dimensioni utilizzando atomi ultrafreddi—un risultato che molti scienziati ritenevano irraggiungibile.
Il team di ricerca, guidato dalla dottoranda Kendall Mehling, dalla ricercatrice post-doc Catie LeDesma e dal professore di JILA Murray Holland, ha pubblicato i risultati questo mese sulla rivista Science Advances. Il loro lavoro rappresenta un passo avanti fondamentale nella tecnologia di navigazione quantistica.
Il dispositivo funziona raffreddando atomi di rubidio a temperature di pochi miliardesimi di grado sopra lo zero assoluto, creando uno stato quantistico chiamato Condensato di Bose-Einstein. In questo stato, gli atomi formano onde di materia coerenti che possono essere manipolate con estrema precisione. Utilizzando sei laser sottili quanto un capello umano, il team immobilizza questi atomi e poi li divide in sovrapposizioni quantistiche, in cui ogni atomo esiste contemporaneamente in due posizioni.
L’intelligenza artificiale svolge un ruolo cruciale nel funzionamento del sistema. I ricercatori hanno impiegato algoritmi di apprendimento automatico per gestire il complesso processo di regolazione dei laser e manipolazione degli atomi. "L’IA pianifica la sequenza di regolazioni dei laser necessarie, semplificando quello che altrimenti sarebbe un processo di tentativi ed errori impossibilmente complesso", ha spiegato il professor Holland.
Sebbene i sistemi di navigazione attuali si affidino principalmente a GPS e accelerometri elettronici, questi ultimi soffrono nel tempo di usura meccanica e vulnerabilità ambientali. Gli atomi, invece, non invecchiano né si degradano, offrendo stabilità e robustezza a lungo termine. Questo dispositivo quantistico potrebbe quindi consentire la navigazione in ambienti dove il segnale GPS è assente, come sott’acqua, nel sottosuolo o nello spazio.
La tecnologia ha già suscitato notevole interesse: la NASA ha assegnato al team un finanziamento di 5,5 milioni di dollari nel 2023 tramite il Quantum Pathways Institute per proseguire lo sviluppo del sensore. Oltre alla navigazione, il dispositivo potrebbe rivoluzionare le indagini geologiche, i test di fisica fondamentale e i sistemi di guida per veicoli autonomi. Sebbene attualmente abbia le dimensioni di un banco da laboratorio e sia meno sensibile rispetto alle tecnologie commerciali, i ricercatori sono ottimisti riguardo al miglioramento delle prestazioni e alla miniaturizzazione nei prossimi anni.