Ważny postęp w technologii czujników kwantowych osiągnęli naukowcy z Uniwersytetu Kolorado w Boulder, którzy stworzyli urządzenie zdolne do jednoczesnego pomiaru przyspieszenia w trzech wymiarach przy użyciu ultrazimnych atomów – co wcześniej wielu naukowców uważało za niemożliwe.
Zespół badawczy, kierowany przez doktorantkę Kendall Mehling, badaczkę Catie LeDesma oraz profesora JILA, Murraya Hollanda, opublikował wyniki swoich prac w tym miesiącu w czasopiśmie Science Advances. Ich osiągnięcie stanowi istotny krok naprzód w rozwoju kwantowych technologii nawigacyjnych.
Urządzenie działa poprzez schłodzenie atomów rubidu do temperatur zaledwie miliardowych części stopnia powyżej zera absolutnego, tworząc stan kwantowy zwany kondensatem Bosego-Einsteina. W tym stanie atomy tworzą spójne fale materii, którymi można manipulować z niezwykłą precyzją. Za pomocą sześciu laserów o grubości ludzkiego włosa zespół unieruchamia atomy, a następnie dzieli je na kwantowe superpozycje, w których każdy atom istnieje jednocześnie w dwóch miejscach.
Sztuczna inteligencja odgrywa kluczową rolę w działaniu systemu. Naukowcy zastosowali algorytmy uczenia maszynowego do zarządzania złożonym procesem dostrajania laserów w celu manipulacji atomami. „SI planuje sekwencję regulacji laserów, upraszczając proces, który w innym przypadku byłby niewyobrażalnie skomplikowanym ciągiem prób i błędów” – wyjaśnia profesor Holland.
Obecne systemy nawigacyjne opierają się głównie na GPS i elektronicznych akcelerometrach, które z czasem ulegają zużyciu mechanicznemu i są podatne na wpływy środowiskowe. Atomy natomiast nie starzeją się ani nie degradują, oferując długoterminową stabilność i odporność. To kwantowe urządzenie może w przyszłości umożliwić nawigację w miejscach pozbawionych sygnału GPS, takich jak pod wodą, pod ziemią czy w przestrzeni kosmicznej.
Technologia wzbudziła duże zainteresowanie – NASA przyznała zespołowi w 2023 roku grant w wysokości 5,5 miliona dolarów w ramach programu Quantum Pathways Institute na dalszy rozwój czujnika. Poza nawigacją, urządzenie może zrewolucjonizować badania geologiczne, testy fundamentalnych praw fizyki oraz systemy autonomicznego prowadzenia pojazdów. Choć obecnie urządzenie ma rozmiary laboratoryjne i jest mniej czułe niż komercyjne technologie, naukowcy są optymistycznie nastawieni do poprawy jego parametrów i miniaturyzacji w najbliższych latach.