Özetle:Günümüzün tipik navigasyon sınıfı hareket sensörleri, GPS sinyalleriyle birlikte gemileri, uçakları ve araçları yönlendirmeye yardımcı olan bir greyfurt büyüklüğündedir. Bu, bunların çalışması için her zaman uydu bağlantısına ihtiyaç duydukları anlamına gelir, ancak yeni bir tür ‘kuantum pusulası’ sonunda uyduları tamamen terk etmemize izin verebilir.
Navigasyon için kuantum teknolojisini kullanma fikri tam olarak yeni değil. Teknik, GPS uydularına ihtiyaç duymadan konum ve hareketi izleyebilen atom interferometreleri adı verilen sensörlere dayanıyor. Ancak sorun şu ki, gereken navigasyon hassasiyetini elde etmek için altı büyük atom interferometresini tutacak kadar devasa olması gerekiyordu – tüm bir odayı dolduracak kadar büyük. Ancak bu değişiyor.
Sandia National Labs’daki bir ekip, kuantum navigasyon sensörlerine güç sağlayabilen ultra kompakt optik çipleri, temelde her yere yapıştırılabilecek kadar küçük bir pakette geliştirdi. Her şey, normalde atom interferometreleri için gereken hantal lazer sistemlerini minik entegre fotonik devrelerle değiştirmekle ilgili.
Bilim insanları, GPS’e olan bağımlılığı azaltmanın önemli olduğunu söylüyor çünkü uydu sinyalleri bozulabilir veya taklit edilebilir. Bu, askeri operasyonlar veya otomatik ulaşım sistemleri için büyük baş ağrılarına neden olabilir.
Sandia bilim insanı Jongmin Lee, “Kuantum mekaniğinin prensiplerinden yararlanan bu gelişmiş sensörler, ivme ve açısal hızı ölçmede benzersiz bir doğruluk sağlıyor ve GPS’in yasak olduğu bölgelerde bile hassas navigasyona olanak tanıyor” dedi.
Tüm bunları başarmak için geliştirdikleri önemli parçalardan biri, tek bir kaynaktan birden fazla lazer frekansını hassas bir şekilde kontrol edebilen ve birleştirebilen, böylece tek tek lazerleri istifleme ihtiyacını ortadan kaldıran bir modülatördür.
Daha kompakt olmalarının yanı sıra, çipler titreşimlere ve şoklara karşı da daha dayanıklıdır. Bu sağlamlık, kuantum sensörlerinin günümüz modellerini mahvedebilecek her türlü zorlu ortamda konuşlandırılmasına olanak tanıyabilir.
Sonra maliyet faktörü var. Oda büyüklüğündeki kuantum navigasyon sistemleri sadece fiziksel olarak büyük değil; aynı zamanda çok pahalılar: tek bir lazer modülatörü 10.000 doların üzerinde olabilir. Ancak çiplerini toplu olarak üretmek için yarı iletken imalatını kullanarak, Sandia ekibi maliyetleri çok düşürüp uygun fiyatlılığı artırabileceklerini umuyor.
Sandia bilim insanı Ashok Kodigala, “Tek bir 8 inçlik gofret üzerinde yüzlerce modülatör, hatta 12 inçlik bir gofret üzerinde daha da fazlasını yapabiliriz” dedi.
Bu uygulamalar sadece navigasyon ve GPS yedeklemelerinin çok ötesine de uzanabilir. Ekip, yeraltı kaynaklarını ve yapılarını haritalamak için ince yerçekimi değişikliklerini tespit etmek amacıyla kuantum sensörlerini kullanmayı araştırıyor. Kompakt optik çipler, LIDAR, kuantum hesaplama ve optik iletişim gibi alanlarda da umut verici bir potansiyele sahip.
Bulgular, Science Advances dergisinin kapak hikayesi olarak yayınlanacak kadar önemliydi.
Resim kredisi: Craig Fritz