GPS навигацията е изключително практична, но има места, на които сигналът не е достъпен, и освен това може лесно да бъде заглушен (снимка: CC0 Public Domain)
Изследователи работят усилено за създаване на алтернатива на системата за спътникова навигация GPS. Компактни и енергийно ефективни квантови сензори, които не губят точност, имат голям потенциал за граждански приложения и във военния сектор. Инструменти на тяхна основа като атомни акселерометри обещават висока точност на измерване и ще станат незаменими в ситуации, в които сателитните комуникации не са достъпни.
Фундаменталната физика, да не говорим за квантовата физика, може да изглежда сложна за мнозина, но всъщност тя е приложима за решаване на ежедневни проблеми. Представете си, че навигирате на непознато място. Повечето хора биха потърсили GPS, но какво ще стане, ако сте заседнали в подземен тунел без сателитни радиосигнали? Това е мястото, където инструментите за квантово наблюдение идват на помощ.
Точни атомни акселерометри
Учени от новата лаборатория за квантово-инфинирана информация (ISI) на Университета на Южна Калифорния разработват миниатюрни квантови сензори, които ще позволят навигация без сигнал от сателитна навигационна система (GPS), съобщи порталът Phys. Атомните акселерометри, създадени от изследователите Джонатан Хабиф и Джъстин Браун, са малки и точни и могат да се използват за навигация на места, където GPS не е наличен.
Атомите се справят отлично в прецизните измервания, защото всички те са еднакви. Атомните измервания, направени в една лаборатория, ще бъдат неразличими от измерванията, направени в друга лаборатория, тъй като атомите се държат абсолютно еднакво. Пример за приложението на тази физическа концепция е създаването на високопрецизна навигационна система с използване на атоми.
Според учените, тъй като атомите имат маса, те могат да се използват за измерване на ускорението, което помага за създаване на сензори като атомните акселерометри. Акселерометрите позволяват на потребителите да узнаят колко бързо и далеч се движат в дадена посока. Те могат да се комбинират с жироскопи, които информират потребителя за промяна в посоката и обръщане. Подобни навигационни устройства са полезни, когато хората нямат достъп до GPS.
Военни приложения
Квантовите сензори могат да бъдат и част от решенията за национална сигурност. Съвременните конфликти стават все по-електронни, тъй като държавите се състезават за информационно превъзходство, а радиосигналът от GPS сателитите е лесен за прекъсване и заглушаване. По този начин във всеки съвременен конфликт и двете страни ще се опитат взаимно да лишат врага от достъп до тези радиосигнали.
По-традиционните навигационни устройства, като инерционните системи, не са обект на смущения, защото работят чрез добавяне на ускорения и завъртания, за да измерват промените в позицията. Следователно те могат да заменят GPS по време на конфликт. Въпреки това, всички направени грешки също се сумират, поради което учените се обръщат към атомните измервания, за да гарантират точност.
Министерството на отбраната на САЩ се стреми да подобри своите инерционни системи, за да преодолее тези предизвикателства. Квантовият подход на основата на атоми, разработен от учени от ISI и други групи, има за цел да осигури измервания на ускорението без движещи се части.
Например, ако подводниците искат да бъдат скрити и тихи в отбранителни сценарии, проследяването на това, което правят и как се движат с помощта на инерционни системи, е по същество единственият начин. Учените разработват идеи за подобряване на тези системи, за да станат по-малки и по-рентабилни.
Баланс между простота и прецизност
Много е лесно да спрете GPS да работи, така че инерционните сензори винаги са полезни. Но все още е жизненоважно за разработчиците да се справят с проблема с размера, тъй като много от тези сензори са приблизително с размерите на пералня.
Изследователите работят за създаването на компактни и енергийно ефективни сензори без загуба на точност. Постигането на този деликатен баланс между простота и прецизност е основната цел на учените и те се надяват, че усилията им един ден ще се превърнат в действителни прототипи.
Атомните акселерометри са един пример за такива инерционни системи. Те вече се използват в сензори на самолети и кораби, които насочват движението през въздушното пространство и водата.
Акселерометрите и измервателните системи за наблюдение на осцилаторните ускорения са проектирани да измерват малки линейни ускорения в диапазона на естествените вибрационни честоти на строителни конструкции. Използват се в системи за наблюдение на движенията на инженерни конструкции и геотехнически системи за инструментален контрол.
Съществуващите механични сензори обаче могат лесно да се износят поради триене, което води до годишна подмяна и високи разходи.
В същото време квантовият акселерометър използва атомна интерферометрия за измерване на ускорения по хоризонтална ос. Квантовите акселерометри са в състояние да постигнат комбинация от чувствителност и стабилност чрез използването на квантова интерференция. Следователно те ще бъдат критични компоненти на квантово инерционно навигационно устройство, което ще позволи навигация без сателит с несравнима дългосрочна точност.
Основното предимство на атомния акселерометър в сравнение с класическия е незначителният дрейф на изместването. Това позволява на сензорите да правят стабилни дългосрочни измервания, което отваря възможности за използването им в навигацията. Това леко отклонение се дължи на факта, че измерванията могат да бъдат проследени чрез естествени константи, а самата система е вътрешно стабилна поради простотата на дизайна.
Хм ,очертава се много интересна квантова война , както винаги всички нови технологии се спонсорират от “……..”(броя точки не отговаря на думата която липсва ).въпросът е кой ще е първи . След това ще дойде това на което му казваме “баланс”, след това нещо ново непознато и така ще гоним вечния баланс . След две седмици ще погледна да проверя какво се случва или не се случва тук.