Современные типичные датчики движения используются для управления судами, самолетами и транспортными средствами вместе с GPS-сигналами. Это означает, что их работа зависит от спутникового подключения, однако, новое поколение "квантовых компасов" может в будущем позволить человечеству обойтись без спутников вовсе.
Идея применения квантовых технологий в навигации не нова. Она основана на устройствах, известных как атомные интерферометры, которые способны определять местоположение и движение без необходимости в GPS. Однако, проблема заключалась в том, что для обеспечения нужной точности такие приборы должны были быть чрезвычайно большими, поскольку в них требовалось разместить шесть крупных атомных интерферометров - достаточно объемных, чтобы занять целую комнату. Тем не менее, ситуация меняется.
Команда из Sandia National Labs создала ультракомпактные оптические чипы, способные обеспечивать питание квантовым навигационным датчикам в корпусе, который столь мал, что может быть установлен практически в любом месте. Это нововведение предполагает замену громоздких лазерных систем, традиционно необходимых для атомных интерферометров, на миниатюрные интегрированные фотонные компоненты. Исследователи подчеркивают важность уменьшения зависимости от системы GPS, поскольку спутниковые сигналы могут быть подвержены помехам или фальсификации. Это может привести к серьезным проблемам, особенно в контексте военных операций или автономных транспортных систем.
"С применением принципов квантовой механики эти современные датчики обеспечивают несравненную точность в измерениях ускорения и угловой скорости, что делает возможной высокоточную навигацию даже в местах, где отсутствует GPS", - отметил ученый Джонгмин Ли из Sandia.
Одним из основных компонентов, которые они разработали для достижения этих целей, является модулятор, способный точно управлять и объединять несколько лазерных частот из единого источника, что устраняет необходимость в установке отдельных лазеров друг на друга. Кроме того, такие чипы отличаются повышенной устойчивостью к механическим вибрациям и ударам. Эта прочность может позволить внедрять квантовые датчики в разнообразные сложные условия, которые могли бы повредить современные модели.
Следующим аспектом является цена. Стоимость одного лазерного модулятора может превышать 10 тысяч долларов. Однако, с помощью полупроводникового производства для массового создания чипов команда Sandia надеется существенно уменьшить затраты, что сделает технологию более доступной.
"Мы способны произвести сотни модуляторов на одной восьмидюймовой пластине, а на двенадцати дюймах - даже больше" - отметил ученый из Sandia Ашок Кодигала.
Кроме того, возможные применения этих технологий могут охватывать не только навигацию и резервное копирование GPS. Исследовательская команда рассматривает использование квантовых датчиков для улавливания незначительных изменений гравитации с целью картирования подземных ресурсов и геологических структур. Компактные оптические чипы обладают многообещающим потенциалом в таких сферах, как LIDAR, квантовые вычисления и оптическая связь.
