بررسی های دانشمندان نشان می دهد حسگرهای کوانتومی با تکنولوژی بالا می توانند وسایل نقلیه بدون اتصال به ماهواره را هدایت کنند.
به گزارش تک ناک، هنگامی که در مورد حسگرهای اینرسی کوانتومی صحبت می شود، بعید است که کلماتی مانند “سخت” یا “ناهموار” استفاده شود. این ابزارهای علمی قابل توجه می توانند حرکت را هزاران برابر دقیق تر از دستگاه هایی که به هدایت موشک ها، پهپادها و هواپیماهای امروزی کمک می کنند، اندازه گیری کنند. با این حال، اجزای آرایه ظریف و اندازه جدول آن که شامل یک سیستم پیچیده لیزری و خلاء است، اساساً این فناوری را ثابت نگه داشته و محدود به تنظیمات کنترل شده در یک آزمایشگاه کرده است.
جونگ مین لی فیزیکدان اتمی بخشی از تیمی در ساندیا است که حسگرهای اینرسی کوانتومی را به‌عنوان کمک‌های ناوبری انقلابی و ناوبری در نظر می‌گیرد. این تیم در حال کار بر روی مهندسی مجدد حسگر برای استفاده در یک دستگاه فشرده و ناهموار است که در آن این فناوری می‌تواند با خیال راحت وسایل نقلیه را در هنگام مسدود شدن یا فقدان سیگنال‌های GPS راهنمایی کند.
این تیم در یک نقطه عطف بزرگ به سوی تحقق چشم انداز خود با موفقیت یک تداخل سنج اتم سرد ساخته است. این یکی از اجزای اصلی حسگرهای کوانتومی است و نسخه آنها بسیار کوچکتر و سخت تر از تنظیمات آزمایشگاهی معمولی طراحی شده است. این تیم نمونه اولیه خود را در مقاله‌ای که اخیراً در مجله دانشگاهی Nature Communications منتشر شده است، توصیف می‌کند و نشان میدهد که چگونه می‌توان چندین جزء از هم جدا شده را در یک ساختار یکپارچه به صورت واحد ادغام کرد. با انجام این کار، آنها اجزای کلیدی یک سیستم را که روی یک میز نوری بزرگ وجود داشت به یک بسته محکم تقریباً به اندازه یک جعبه کفش کاهش دادند.
جونگ مین گفت: حساسیت بسیار بالایی در آزمایشگاه نشان داده شده است، اما موارد عملی برای کاربرد در دنیای واقعی این است که افراد باید اندازه، وزن و قدرت را کاهش دهند و سپس بر مسائل مختلف در یک محیط پویا غلبه کنند.” .
این مقاله همچنین یک نقشه راه برای کوچک‌سازی بیشتر سیستم با استفاده از فناوری‌های در دست توسعه توصیف می‌کند.
نمونه اولیه که توسط برنامه تحقیق و توسعه هدایت شده آزمایشگاهی Sandia تأمین می شود، گام های مهمی را در جهت انتقال فناوری ناوبری پیشرفته به خارج از آزمایشگاه و به وسایل نقلیه در زمین، زیر زمین، در هوا و حتی در فضا نشان می دهد.
اندازه گیری های فوق حساس قدرت ناوبری را افزایش می دهد.
جونگمین گفت : همانطور که یک جت رول بشکه (یک مانور هوازی که در آن یک هواپیما در حالی که یک بار حول محور طولی خود می چرخد.) در آسمان انجام میدهد، فناوری ناوبری فعلی می تواند تغییر جهت ها، چرخش ها و شتاب های هواپیما را برای محاسبه موقعیت آن بدون GPS برای مدتی اندازه گیری کند. اشتباهات کوچک اندازه گیری در مسیریابی به تدریج یک وسیله نقلیه را از مسیر تعیین شده خارج می کند، مگر اینکه به طور دوره ای با ماهواره ها همگام شود.
سنجش کوانتومی نیز به همین صورت عمل می‌کند، اما با دقت بسیار بهتر به این معنی است که ناوبری در داخل هواپیما نیازی به بررسی متقاطع محاسبات خود نخواهد داشت و وابستگی به سیستم‌های ماهواره‌ای را کاهش میدهد.
راجر دینگ، محقق فوق دکترا که روی این پروژه کار کرده است، گفت: در مقایسه با سنسورهای معمولی که می توانند در طول زمان تغییر کنند و نیاز به کالیبره مجدد دارند. برای ساخت این دستگاه به هیچ گونه تغییر و کالیبراسیون نیاز نیست.
آرون آیسون، مهندس ارشد این پروژه، گفت برای آماده کردن تداخل سنج اتمی برای یک محیط پویا، او و تیمش از موادی استفاده کردند که در محیط‌های شدید ثابت شده بودند. علاوه بر این، قطعاتی که معمولاً جدا و مستقل هستند با هم یکپارچه شده و در جای خود ثابت شدند یا با مکانیزم‌های قفل دستی ساخته شدند.
آرون گفت: یک ساختار یکپارچه با کمترین حد ممکن رابط پیچ‌دار، کلید ایجاد یک ساختار تداخل‌سنج اتمی ناهموارتر بود.
علاوه بر این، این تیم از محاسبات استاندارد صنعتی به نام تحلیل المان محدود برای پیش‌بینی اینکه هر گونه تغییر شکل سیستم در محیط‌های معمولی در محدوده مجاز قرار می‌گیرد، استفاده کرد. Sandia تست استرس مکانیکی یا آزمایش میدانی را روی طراحی جدید انجام نداده است، بنابراین تحقیقات بیشتری برای اندازه گیری استحکام دستگاه مورد نیاز است.
آرون گفت: طراحی کوچک و جمع و جور به طور طبیعی به ساختاری سفت تر و قوی تر منجر می شود.
فوتونیک راه را برای یک سیستم کوچکتر روشن می کند
راجر گفت، بیشتر آزمایش‌های تداخل سنجی اتمی مدرن از سیستمی از لیزرها استفاده می‌کنند که به دلیل نیاز به پایداری روی یک میز نوری بزرگ نصب شده‌اند. دستگاه Sandia نسبتاً جمع و جور است، اما این تیم قبلاً با پیشرفت‌های طراحی بیشتری برای کوچکتر کردن حسگرهای کوانتومی با استفاده از فناوری‌های فوتونیک یکپارچه دست یافته‌اند.
پیتر شویند، محقق اصلی این پروژه و متخصص در سنجش کوانتومی، می‌گوید: ده‌ها تا صدها عنصر وجود دارد که می‌توان آنها را روی یک تراشه کوچکتر از یک پنی قرار داد.
دستگاه های فوتونیک، مانند لیزر یا فیبر نوری، از نور برای انجام کارهای مفید استفاده می کنند و دستگاه های یکپارچه شامل بسیاری از عناصر مختلف هستند. فوتونیک به طور گسترده در ارتباطات از راه دور استفاده می شود، و تحقیقات مداوم آنها را کوچکتر و همه کاره تر می کند.
با پیشرفت های بیشتر، پیتر فکر می کند فضای مورد نیاز یک تداخل سنج می تواند به اندازه چند لیتر باشد. رویای او ساختن یکی به اندازه یک قوطی نوشابه است.
در مقاله خود، تیم Sandia طرحی را در آینده ترسیم می‌کند که در آن بیشتر تنظیمات لیزری آنها با یک مدار مجتمع فوتونیک، حدود هشت میلی‌متر در هر طرف جایگزین می‌شود. ادغام اجزای نوری در یک مدار نه تنها یک تداخل سنج اتمی را کوچکتر می کند، بلکه با تثبیت قطعات در محل، آن را دقیق می کند.
در حالی که تیم هنوز نمی تواند این کار را انجام دهد، بسیاری از فناوری های فوتونیک مورد نیاز آنها در حال حاضر در Sandia در حال توسعه هستند.
راجر گفت: این یک مسیر مناسب برای سیستم های بسیار کوچک است.
در همین حال، جونگ مین گفت که مدارهای فوتونیک یکپارچه احتمالاً هزینه ها را کاهش داده و مقیاس پذیری را برای تولید آینده بهبود می بخشد.
جونگ مین گفت: ساندیا چشم اندازی بلندپروازانه برای آینده سنجش کوانتومی در ناوبری نشان داده است.
