En küçük ölçeklerde evrenimiz tuhaflaşıyor. Parçacıklar, onları nasıl incelediğinize bağlı olarak bilardo topları veya su üzerindeki dalgalar gibi davranır. Özellikler aynı anda ölçülemez veya bir dizi değer üzerinde belirsiz bir şekilde dağılma eğilimindedir. İnsan sezgisi bizi başarısızlığa uğratır.
Geçen yüzyılın büyük bölümünde tüm bu tuhaflıklar çoğunlukla fizikçilerin ilgi alanıydı. Ancak son zamanlarda teorik ve deneysel olan, pratiğe doğru yöneldi. Bu eğilim en çok büyüyen hayvanat bahçesinde görülmektedir. erken kuantum bilgisayarlarıancak tuhaf kuantum davranışı hesaplamanın ötesinde faydalıdır. Bazı bilim adamları ve mühendisler inşa ediyor hacklenemez kuantum iletişim ağları; diğerlerinin gözleri sensörlerde.
Yeni bir derlemede arXiv'de yayınlanan ön baskı kağıdıFransız Ulusal Bilimsel Araştırma Merkezi'nden bir ekip, her üç boyuttaki hareketi son derece hassas bir şekilde ölçmek için lazerler ve ultra soğuk rubidyum atomları kullanan bir kuantum ivmeölçer tanımlıyor.
Çalışma, kuantum ivmeölçerleri üçüncü boyuta taşıyor ve GPS olmadan doğru navigasyonu ve ayak altındaki değerli maden yataklarının güvenilir bir şekilde tespit edilmesini sağlayabilir.
Atomik Dalgalar
Zaten günlük olarak ivmeölçerlere güveniyoruz. Bir telefon alın ve ekran aydınlanır. Yan çevirince okuduğunuz sayfanın yönü değişir. Küçük bir mekanik ivmeölçer (temel olarak yay benzeri bir mekanizmaya bağlı bir kütle) bu eylemleri (jiroskoplar gibi diğer sensörlerin yanı sıra) mümkün kılar. Bir telefon uzayda hareket ettiğinde, ivmeölçer bu hareketi izler. Buna, tünellerde veya hücre sinyalinin ölü noktalarında olduğu gibi GPS'in devre dışı kaldığı kısa zaman aralıkları da dahildir.
Ne kadar kullanışlı olsalar da mekanik ivmeölçerler kontrolden çıkma eğilimindedir. Yeterince uzun süre bırakılırsa kilometre ölçeğinde hatalar biriktirecekler. Bu, kısa süreliğine GPS ile bağlantısı kesilen telefonlar için kritik değildir, ancak cihazlar uzun süre kapsama alanı dışına çıktığında sorun ortaya çıkar. Endüstriyel ve askeri uygulamalar için, hassas konumsal izleme, su altında GPS'e erişemeyen denizaltılarda veya GPS'i kaybetmeleri durumunda gemilerde yedek navigasyon olarak yararlı olabilir.
Araştırmacılar uzun zamandır geliştiriyorlar kuantum ivmeölçerler Konumsal izlemenin doğruluğunu artırmak için. Kuantum ivmeölçerler, bir yayı sıkıştıran bir kütleyi ölçmek yerine, maddenin dalga benzeri özelliklerini ölçer. Cihazlar, atom bulutlarını yavaşlatmak ve soğutmak için lazerler kullanıyor. Bu durumda atomlar ışık dalgaları gibi davranarak hareket ettikçe girişim desenleri yaratırlar. Daha fazla lazer, cihazın uzaydaki konumunu izlemek için bu modellerin nasıl değiştiğini tetikliyor ve ölçüyor.
Atom interferometreleri adı verilen bu cihazların ilk zamanlarında, laboratuvar tezgahlarına yayılmış bir yığın kablo ve alet vardı ve yalnızca tek bir boyutu ölçebiliyordu. Ancak lazerler ve uzmanlık ilerledikçe daha küçük ve daha dayanıklı hale geldiler ve artık 3 boyutlu hale geldiler.
Kuantum Yükseltmesi
Fransa'daki ekip tarafından geliştirilen yeni 3 boyutlu kuantum ivmeölçer şuna benziyor: yaklaşık bir dizüstü bilgisayar uzunluğunda metal bir kutu. Küçük bir cam kutuya hapsolmuş ve neredeyse mutlak sıfıra kadar soğutulmuş rubidyum atomlarından oluşan bir bulutu manipüle etmek ve ölçmek için üç uzamsal eksen boyunca lazerler kullanıyor. Daha önceki kuantum ivmeölçerler gibi, bu lazerler de atom bulutunda dalgalanmalar yaratıyor ve ortaya çıkan girişim modellerini hareketi ölçmek için yorumluyor.
Kararlılığı ve bant genişliğini (laboratuvar dışında kullanım gereksinimleri) iyileştirmek için yeni cihaz, klasik ve kuantum ivmeölçerlerden gelen okumaları, her iki teknolojinin güçlü yanlarından yararlanan bir geri bildirim döngüsünde birleştiriyor.
Ekip atomları son derece hassas bir şekilde kontrol edebildiği için benzer şekilde doğru ölçümler yapabiliyor. İvme ölçeri test etmek için onu sallayacak ve döndürecek şekilde donatılmış bir masaya bağladılar ve sistemin klasik, navigasyon sınıfı sensörlerden 50 kat daha doğru olduğunu buldular. Birkaç saat içinde cihazın klasik bir ivmeölçerle ölçülen konumu bir kilometre saptı; kuantum ivmeölçer onu 20 metre yakınlığa çiviledi.
Işını küçültmek
Hala nispeten büyük ve ağır olan ivmeölçer yakın zamanda iPhone'unuz için hazır olmayacak. Ancak biraz daha küçük ve daha sağlam hale getirilen ekip, hassas navigasyon için gemilere veya denizaltılara kurulabileceğini söylüyor. Ya da yerçekimindeki ince değişiklikleri ölçerek maden yataklarını arayan saha jeologlarının eline geçebilir.
Diğer gruplar da sahaya yönelik kuantum sensörlerini minyatürleştirmek ve güçlendirmek için çalışıyor. Sandia Ulusal Laboratuvarı'ndaki bir ekip yakın zamanda burada kullanılana benzer bir soğuk atom interferometresini bir araya getirdi. yaklaşık bir ayakkabı kutusu büyüklüğünde sağlam paket. Çalışmayı anlatan bir makalede Sandia araştırmacıları, daha fazla minyatürleştirmenin muhtemelen teknolojideki ilerlemelerden kaynaklanacağını söylüyor. fotonik çipler. Gelecekte, kendilerininki gibi bir soğuk atom interferometresi için gerekli optik bileşenlerin, bir kenarı yalnızca sekiz milimetre olan bir çipin üzerine sığabileceğini söylüyorlar.
Daha fazla kuantum sensörü, jiroskoplar gibi, partiye katılabilir. Ancak laboratuvardan kaçmadan önce birkaç tur küçültme ve sertleşmeye de ihtiyaçları olacak.
Şimdilik 3D'ye geçmek ileriye doğru bir adımdır.
Avustralya Ulusal Üniversitesi'nden John Close yakın zamanda "Üç boyutta ölçüm yapmak çok önemli, kuantum ivmeölçerlerin pratik kullanımına yönelik gerekli ve mükemmel bir mühendislik adımı" dedi. söyledi New Scientist.
Görüntü Kredisi: Bir kuantum jiroskopunda sıkışıp kalmış soğuk rubidyum atomlarından oluşan bir bulutta girişim desenleri görünüyor / Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST)
