Ερευνητική ομάδα στις ΗΠΑ πραγματοποίησε ένα κρίσιμο βήμα προς την κατασκευή μιας φορητής σε μέγεθος παλάμης «κβαντικής πυξίδας» που θα αντικαταστήσει το Παγκόσμιο Σύστημα Εντοπισμού Θέσης (GPS). Οι επιστήμονες κατάφεραν να σμικρύνουν με επιτυχία ένα σύστημα λέιζερ που έχει συνήθως το μέγεθος ενός ψυγείου για να εκτελέσει μια τεχνική του τομέα των αισθητήρων που ονομάζεται συμβολομετρία ατόμων. Το σύστημα ταιριάζει τώρα σε ένα μικροτσίπ πυριτίου, αναφέρει η ερευνητική ομάδα στην επιθεώρηση «Science Advances».
«Νομίζω ότι είναι πραγματικά συναρπαστικό κάνουμε μεγάλη πρόοδο στις μεθόδους σμίκρυνσης για πολλές διαφορετικές εφαρμογές» δήλωσε ο Άσοκ Κοντιγκάλα, επιστήμονας φωτονικής πυριτίου στο Εθνικό Εργαστήριο Sandia στηνΑλμπουκέρκη, επικεφαλής συγγραφέας ερευνητικής ομάδας.
Όπως το φως, τα ηλεκτρόνια μερικές φορές συμπεριφέρονται ως κύματα. Η συμβολομετρία ατόμων εκμεταλλεύεται αυτή την ιδιότητα για να μετρήσει με ακρίβεια την επιτάχυνση, την περιστροφή και τη γωνιακή ταχύτητα. Αυτές οι μεταβλητές θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους χρήστες της κβαντικής πυξίδας να μετρήσουν και να παρακολουθήσουν τη θέση τους χωρίς τη χρήση GPS, το οποίο βασίζεται στη συνεχή μετάδοση σημάτων μεταξύ συσκευών και δορυφόρων.
Σε αντίθεση με ένα λέιζερ, το οποίο εκπέμπει μια δέσμη φωτός, ένα συμβολόμετρο ατόμου εκπέμπει μια δέσμη από εξαιρετικά ψυχρά άτομα και στη συνέχεια χρησιμοποιεί φως αντί για καθρέφτες για να χειριστεί αυτή τη δέσμη. Το συμβολόμετρο μετρά τη διαφορά φάσης, αν οι κορυφές και οι κοιλότητες των κυμάτων ευθυγραμμίζονται μεταξύ τους, μεταξύ ατόμων σε διαφορετικές διαδρομές.
Οποιαδήποτε αλλαγή στην ενέργεια στα δύο μονοπάτια, όπως ένα άτομο που λαμβάνει ενέργεια από μια αλληλεπίδραση με το φως, θα μετατοπίσει τα άτομα μέσα και έξω από τη φάση. Οι επιστήμονες μπορούν να το χρησιμοποιήσουν για να μετρήσουν πόσο γρήγορα επιταχύνονται τα άτομα.
Κανονικά έξι συμβολόμετρα ατόμων που απαιτούνται για την κατασκευή μιας κβαντικής πυξίδας έχουν μέγεθος που απαιτεί χώρο παρόμοιο με αυτό ενός μικρού διαμερίσματος για να τοποθετηθούν μαζί. Η ερευνητική ομάδα κατάφεραν να κατασκευάσουν ένα μέρος του συστήματος πολύ μικρότερο εκμεταλλευόμενοι τα φωτονικά ολοκληρωμένα κυκλώματα, μια υπάρχουσα τεχνολογία πολύ μικρών σε μέγεθος συστημάτων λέιζερ, για να κατασκευάσουν μικροσκοπικούς διαμορφωτές που μπορούν να συντονίσουν τη συχνότητα της δέσμης για διαφορετικές λειτουργίες.
Η ηχώ
Ωστόσο, οι διαμορφωτές έρχονται με τις δικές τους προκλήσεις. Συχνά προσθέτουν «ηχώ» φωτός, που ονομάζονται πλευρικές ζώνες οι οποίες πρέπει να καταστέλλονται για να λειτουργεί σωστά το όργανο. Συντονίζοντας προσεκτικά τις ραδιοσυχνότητες που ελέγχουν τους διαμορφωτές, η ομάδα μείωσε την ένταση των ανεπιθύμητων πλευρικών ζωνών 100.000 φορές.
«Έχουμε βελτιώσει δραστικά την απόδοση σε σύγκριση με ό,τι υπάρχει εκεί έξω» αναφέρει ο Κοντιγκάλα. Παρά την πρόοδο, οι μικροσκοπικές κβαντικές πυξίδες δεν είναι ακόμη έτοιμες για να κυκλοφορήσουν στην αγορά. Οι επιστήμονες εξακολουθούν να εργάζονται για να μικροποιήσουν τα άλλα στοιχεία και να τα ενσωματώσουν όλα σε ένα ενιαίο τσιπ. Αλλά η ομάδα έχει ήδη κάνει βήματα προς τη συρρίκνωση και άλλων τμημάτων του συστήματος και την ενίσχυση της ευαίσθητης συσκευής έναντι κραδασμών, κραδασμών και ακτινοβολίας.
Τελικά, οι κβαντικές πυξίδες θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους ανθρώπους να πλοηγηθούν σε περιοχές όπου το GPS δεν είναι διαθέσιμο ή σε ζώνες συγκρούσεων όταν τα σήματα GPS είναι μπλοκαρισμένα. Και η τεχνολογία που αναπτύσσεται για την υποστήριξη των πυξίδων θα μπορούσε να βρει χρήσεις σε άλλους τομείς, όπως τα αυτόνομα αυτοκίνητα και ο κβαντικοί υπολογισμοί.
πηγή φωτογραφίας (Craig Fritz, Sandia National Laboratories)
Στη φωτογραφία εικονίζεται το σμικρυμένο σύστημα (διαμορφωτής) που βασίζεται η κβαντική πυξίδα.
