Важный шаг вперед в области квантовых сенсорных технологий сделали исследователи из Университета Колорадо в Боулдере: им удалось создать устройство, способное одновременно измерять ускорение в трех измерениях с помощью ультрахолодных атомов — то, что ранее казалось невозможным многим ученым.
Работой руководили аспирант Кендалл Мелинг, постдоктор Кэти ЛеДесма и профессор JILA Мюррей Холланд. Их результаты были опубликованы в этом месяце в журнале Science Advances и стали значительным достижением в развитии квантовых навигационных технологий.
Устройство функционирует за счет охлаждения атомов рубидия до температур, всего на миллиардные доли градуса выше абсолютного нуля, что позволяет создать квантовое состояние, известное как бозе-эйнштейновский конденсат. В этом состоянии атомы формируют когерентные волны материи, которыми можно управлять с исключительной точностью. С помощью шести лазеров, тонких как человеческий волос, команда фиксирует атомы на месте, а затем разделяет их на квантовые суперпозиции, в которых каждый атом одновременно находится в двух местах.
Искусственный интеллект играет ключевую роль в работе системы. Исследователи применили алгоритмы машинного обучения для управления сложным процессом настройки лазеров и манипуляции атомами. «ИИ планирует последовательность корректировок лазеров, что значительно упрощает процесс, который иначе был бы практически невозможен из-за огромного количества проб и ошибок», — объяснил профессор Холланд.
Современные навигационные системы в основном полагаются на GPS и электронные акселерометры, однако они подвержены механическому износу и влиянию окружающей среды. Атомы, напротив, не стареют и не деградируют, обеспечивая долгосрочную стабильность и надежность. Это квантовое устройство в перспективе позволит осуществлять навигацию там, где сигналы GPS недоступны — под водой, под землей или в космосе.
Технология вызвала большой интерес: в 2023 году NASA выделило команде грант в размере 5,5 миллиона долларов через институт Quantum Pathways для дальнейшей разработки сенсора. Помимо навигации, устройство может совершить революцию в геологических исследованиях, тестах фундаментальной физики и системах управления автономным транспортом. Хотя сейчас устройство занимает место на лабораторном столе и уступает по чувствительности коммерческим аналогам, исследователи уверены, что в ближайшие годы смогут повысить его характеристики и уменьшить размеры.