У значному прориві для квантових сенсорних технологій дослідники з Університету Колорадо в Боулдері успішно створили пристрій, здатний одночасно вимірювати прискорення у трьох вимірах за допомогою надхолодних атомів — те, що багато науковців раніше вважали неможливим.
Дослідницьку групу очолювали аспірантка Кендалл Мелінг, постдокторантка Кеті ЛеДесма та професор JILA Мюррей Голланд. Вони опублікували свої результати цього місяця у журналі Science Advances. Їхня робота є важливим кроком вперед у розвитку квантових навігаційних технологій.
Пристрій працює шляхом охолодження атомів рубідію до температур, що лише на мільярдні частки градуса вищі за абсолютний нуль, створюючи квантовий стан, відомий як бозе-ейнштейнівський конденсат. У цьому стані атоми формують когерентні материкові хвилі, якими можна керувати з надзвичайною точністю. За допомогою шести лазерів, тонких як людська волосина, команда фіксує атоми на місці, а потім розділяє їх на квантові суперпозиції, у яких кожен атом одночасно перебуває у двох місцях.
Штучний інтелект відіграє ключову роль у роботі системи. Дослідники використали алгоритми машинного навчання для керування складним процесом налаштування лазерів з метою маніпуляції атомами. «ШІ планує послідовність необхідних налаштувань лазерів, оптимізуючи те, що інакше було б неймовірно складним і тривалим процесом проб і помилок», — пояснив професор Голланд.
Сучасні навігаційні системи базуються на GPS та електронних акселерометрах, однак вони з часом піддаються механічному зносу та впливу навколишнього середовища. Атоми ж не старіють і не деградують, забезпечуючи довготривалу стабільність і надійність. Цей квантовий пристрій у майбутньому може забезпечити навігацію там, де GPS недоступний — під водою, під землею чи в космосі.
Технологія вже привернула значну увагу: у 2023 році NASA надала команді грант у розмірі 5,5 мільйона доларів через Quantum Pathways Institute для подальшої розробки сенсора. Окрім навігації, пристрій може революціонізувати геологічні дослідження, тести фундаментальної фізики та системи керування автономними транспортними засобами. Хоча наразі пристрій має лабораторні розміри та поступається чутливістю комерційним технологіям, дослідники оптимістично налаштовані щодо покращення його характеристик і зменшення габаритів у найближчі роки.