Em um avanço significativo para a tecnologia de sensores quânticos, pesquisadores da Universidade do Colorado Boulder criaram com sucesso um dispositivo capaz de medir aceleração em três dimensões simultaneamente usando átomos ultrafrios — algo que muitos cientistas antes consideravam impossível.
A equipe de pesquisa, liderada pela estudante de pós-graduação Kendall Mehling, pela pesquisadora de pós-doutorado Catie LeDesma e pelo professor do JILA Murray Holland, publicou suas descobertas este mês na revista Science Advances. O trabalho representa um grande passo à frente na tecnologia de navegação quântica.
O dispositivo funciona resfriando átomos de rubídio a temperaturas de apenas bilionésimos de grau acima do zero absoluto, criando um estado quântico chamado Condensado de Bose-Einstein. Nesse estado, os átomos formam ondas de matéria coerentes que podem ser manipuladas com extrema precisão. Utilizando seis lasers tão finos quanto um fio de cabelo humano, a equipe prende esses átomos no lugar e, em seguida, os divide em superposições quânticas onde cada átomo existe em dois lugares ao mesmo tempo.
A inteligência artificial desempenha um papel crucial no funcionamento do sistema. Os pesquisadores empregaram algoritmos de aprendizado de máquina para gerenciar o complexo processo de ajuste dos lasers que manipulam os átomos. "A IA planeja a sequência de ajustes dos lasers necessária, agilizando o que seria um processo de tentativa e erro impossível de ser realizado manualmente", explicou o professor Holland.
Embora os sistemas de navegação atuais dependam principalmente de GPS e acelerômetros eletrônicos, esses dispositivos sofrem com desgaste mecânico e vulnerabilidades ambientais ao longo do tempo. Já os átomos não envelhecem nem se degradam, oferecendo estabilidade e robustez a longo prazo. Esse dispositivo quântico pode, futuramente, permitir navegação em ambientes onde sinais de GPS não estão disponíveis, como debaixo d'água, subterrâneo ou no espaço.
A tecnologia já atraiu grande interesse, com a NASA concedendo à equipe um financiamento de US$ 5,5 milhões em 2023, por meio do Quantum Pathways Institute, para continuar o desenvolvimento do sensor. Além da navegação, o dispositivo pode revolucionar levantamentos geológicos, testes de física fundamental e sistemas de orientação para veículos autônomos. Embora atualmente o equipamento tenha tamanho de bancada e seja menos sensível do que tecnologias comerciais, os pesquisadores estão otimistas quanto à melhoria do desempenho e à redução de seu tamanho nos próximos anos.