Naukowcy z Uniwersytetu Kolorado opracowali urządzenie kwantowe, które mierzy przyspieszenie w trzech wymiarach jednocześnie. Co to oznacza? Już niedługo innowacyjny wynalazek może zmienić sposób nawigowania.
Naukowcy z Uniwersytetu Kolorado w Boulder opracowali przełomowe urządzenie kwantowe, które pozwala śledzić przyspieszenie w trzech wymiarach z niezwykłą precyzją. Wykorzystując do tego atomy (wprowadzone w stan bliski zera absolutnego) i lasery, stworzyli technologię, która jeszcze niedawno wydawała się niemożliwa do zrealizowania. To innowacyjne osiągnięcie otwiera nowe perspektywy w dziedzinie pomiarów i nawigacji i pokazuje, jak teoria kwantowa może zmieniać współczesną naukę i technikę.
Nowe możliwości w świecie nawigacji
Tradycyjne interferometry atomowe mierzą przyspieszenie tylko w jednym wymiarze. Jednak w trójwymiarowym świecie, jak podkreśla Kendall Mehling, współautor badania, konieczne jest śledzenie przyspieszenia we wszystkich kierunkach, aby dokładnie określić położenie.
- Aby wiedzieć, dokąd zmierzam i skąd przybyłem, muszę śledzić swoje przyspieszenie we wszystkich trzech wymiarach - wyjaśnia Mehling.
Jak działa nowe urządzenie?
Urządzenie działa w oparciu o sześć laserów, które precyzyjnie manipulują chmurą atomów rubidu schłodzonych do temperatur bliskich zeru absolutnemu. W tych ekstremalnych warunkach atomy poruszają się niezwykle wolno, co umożliwia dokładną analizę ich zachowań. Kluczową rolę odgrywa tu sztuczna inteligencja, która odpowiada za precyzyjne dostosowywanie działania laserów, umożliwiając rejestrowanie nawet najmniejszych reakcji atomów na zmiany przyspieszenia.
Współczesne pojazdy opierają swoją nawigację głównie na systemach GPS i tradycyjnych akcelerometrach, jednak nowe urządzenie kwantowe może w przyszłości zrewolucjonizować ten obszar. Choć technologia ta nie jest jeszcze gotowa do masowego zastosowania, naukowcy dostrzegają jej ogromny potencjał. W przeciwieństwie do klasycznych sensorów, atomy nie ulegają zużyciu ani starzeniu się, co sprawia, że mogą stanowić niezwykle trwałe i niezawodne źródło pomiarów w długim okresie.
- Nasze urządzenie jest niezwykle kompaktowe, mimo że przez system próżniowy przechodzi 18 wiązek laserowych - mówi LeDesma.
Budowa innowacyjnego urządzenia zajęła zespołowi naukowców niemal trzy lata intensywnej pracy. Choć obecnie potrafi ono mierzyć przyspieszenia znacznie mniejsze niż siła grawitacji Ziemi, badacze już planują kolejne ulepszenia, które mają znacząco zwiększyć jego wydajność i zastosowanie. To przełomowe osiągnięcie nie tylko potwierdza potencjał atomów w technologii nawigacyjnej, ale również, jak zauważają badacze, otwiera nowe drzwi dla dalszych odkryć w dziedzinie nauki.
Komentarze
3Ponieważ przyspieszenie to druga pochodna pozycji, trzeba je dwukrotnie scałkować aby otrzymać położenie. To oznacza dwie warstwy kumulującego się błędu. Z błędnego przyspieszenia dostajemy najpierw jeszcze bardziej błędną prędkość, z której znowu otrzymujemy pozycję, która obarczona jest już błędem do kwadratu.
Innymi słowy, pozycja uzyskana wyłącznie za pomocą pomiaru przyspieszenia jest bezwartościowa już po bardzo krótkim czasie, a błąd z każdą sekundą rośnie w zwiększającym się tempie.