Квантов пробив: Навигацията без GPS е още по-близо до реалността

В някои случаи GPS навигационните системи не могат да се използват. Те могат да бъдат компрометирани или блокирани по различни причини и остават рисков фактор при работата на пилотите на самолети. Една паралелна навигационна система, която не разчита на GPS би могла да реши проблема, но засега такива системи са с размерите на стая. Учени от САЩ обещават да преодолеят тези ограничения и в близко бъдеще да създадат достъпен миниатюрен „квантов“ компас.

Квантовата навигация се основава на т.нар. атомна интерферометрия. Частиците също се държат като вълни, а вълните на една и съща частица могат да се припокриват и да се различават по фаза.

Фазовото изместване и интерференчните ефекти на вълните се измерват с лазер. На атомите действат сили като гравитацията или те изпитват ускорение или забавяне, ъглов момент и други неща, които се измерват с атомна точност – същите фазови измествания и интерференция. Прехвърлянето на тези данни в нашия свят ни позволява да съпоставим измерванията с всички нюанси на движението на навигационното устройство върху превозното средство. Това осигурява толкова висока точност на навигацията, че тя може да надмине възможностите на GPS.

Точната навигация без GPS изисква 6 атомни интерферометъра, което определя крайния (немалък) размер на платформата.

Учените от Националната лаборатория Sandia успяха да поднесат изненада, като съобщиха, че са разработили ултракомпактни оптични чипове за захранване на квантови навигационни системи. Те са заменили огромните лазерни устройства с миниатюрни фотонни интегрални схеми.

„Използвайки принципите на квантовата механика, тези усъвършенствани сензори осигуряват ненадмината точност при измерването на ускорението и ъгловата скорост, което позволява прецизна навигация дори в райони, където не е наличен GPS.“

твърдят разработчиците

Ключов елемент за сензорите от следващо поколение е модулатор, който може да контролира и комбинира лазери с множество дължини на вълната от един източник. По този начин се премахва необходимостта от комбиниране на отделни лазери (четете – умножаване на размера), тъй като цялата работа може да бъде извършена от един-единствен лазер с помощта на схемата на модулатора.

Освен, че са много по-компактни, такива чипове са и по-устойчиви на вибрации и удари. Подобна надеждност ще позволи квантовите сензори да се използват в най-трудните условия на работа, които могат да извадят от строя съвременните модели. Ценовият фактор също е на дневен ред. Един съвременен лазерен модулатор лесно преминава бариерата от 10 000 долара. Прехвърлянето на производството върху силициеви пластини със стотици и повече чипове върху 200 и 300-милиметрови пластини е ключът към намаляване на цената на решенията и увеличаване на тяхната наличност.

Предложените „квантови“ компаси имат потенциала да излязат далеч извън сферата на навигацията. Квантовите масови детектори, например могат лесно да се справят с картографирането на комуникации и структури, скрити под земята. Те могат да бъдат търсени за оптични комуникации и квантови изчисления, в далекомери и други неща.