In een belangrijke vooruitgang voor quantum-sensortechnologie zijn onderzoekers van de Universiteit van Colorado Boulder erin geslaagd een apparaat te creëren dat versnelling in drie dimensies tegelijkertijd kan meten met behulp van ultrakoude atomen—iets wat veel wetenschappers voorheen onmogelijk achtten.
Het onderzoeksteam, onder leiding van promovendus Kendall Mehling, postdoctoraal onderzoeker Catie LeDesma en JILA-hoogleraar Murray Holland, publiceerde hun bevindingen deze maand in het tijdschrift Science Advances. Hun werk vormt een grote stap voorwaarts in quantum-navigatietechnologie.
Het apparaat werkt door rubidiumatomen af te koelen tot temperaturen van slechts enkele miljardsten van een graad boven het absolute nulpunt, waardoor een quantumtoestand ontstaat die bekendstaat als een Bose-Einstein Condensaat. In deze toestand vormen de atomen coherente materiegolven die met extreme precisie kunnen worden gemanipuleerd. Met zes lasers, dunner dan een mensenhaar, zet het team deze atomen vast, waarna ze worden opgesplitst in quantum-superposities waarin elk atoom zich tegelijkertijd op twee plaatsen bevindt.
Kunstmatige intelligentie speelt een cruciale rol in de werking van het systeem. De onderzoekers gebruikten machine learning-algoritmen om het complexe proces van het afstellen van de lasers voor het manipuleren van de atomen te beheren. "De AI plant de volgorde van laser-aanpassingen die nodig zijn, waardoor een anders ondoenlijk ingewikkeld trial-and-errorproces wordt gestroomlijnd," legt professor Holland uit.
Hoewel huidige GPS- en elektronische versnellingsmeters de navigatiesystemen domineren, zijn deze gevoelig voor mechanische slijtage en omgevingsinvloeden na verloop van tijd. Atomen daarentegen verouderen of degraderen niet, wat zorgt voor langdurige stabiliteit en robuustheid. Dit quantumapparaat zou uiteindelijk navigatie mogelijk kunnen maken in omgevingen waar geen GPS-signalen beschikbaar zijn, zoals onder water, ondergronds of in de ruimte.
De technologie heeft veel belangstelling gewekt; NASA kende het team in 2023 een subsidie van 5,5 miljoen dollar toe via het Quantum Pathways Institute om de sensor verder te ontwikkelen. Naast navigatie kan het apparaat ook een revolutie teweegbrengen in geologische onderzoeken, tests van fundamentele natuurkunde en autonome voertuiggeleidingssystemen. Hoewel het apparaat momenteel nog zo groot is als een werkbank en minder gevoelig dan commerciële technologieën, zijn de onderzoekers optimistisch over het verbeteren van de prestaties en het verkleinen van het formaat in de komende jaren.