Mūsdienu pasaulē, kurā ģeolokācija ir kļuvusi par neatņemamu mūsu ikdienas dzīves sastāvdaļu, ir grūti iedomāties situāciju, kad pazīstamie GPS navigatori pārstātu darboties. Tomēr mūsu paļaušanās uz satelītu navigāciju padara mūs neaizsargātus pret dažādiem faktoriem, sākot no dabiskiem traucējumiem un atmosfēras parādībām līdz ainavas un arhitektūras īpatnībām, kas bloķē signālu. Apkārtnē, kur precīza atrašanās vietas noteikšana ir kritiski svarīga, veicot glābšanas operācijas attālos rajonos, vadot bezpilota transportlīdzekļus sarežģītā vidē vai nodrošinot autonomas sistēmas slēgtās telpās, kļūst acīmredzama nepieciešamība pēc alternatīvām, uzticamākām un neatkarīgākām navigācijas sistēmām . Tieši šajā vietā parādās kvantu mehānika, kas piedāvā fundamentāli jaunu pieeju atrašanās vietas noteikšanai, pamatojoties uz atomu fundamentālo īpašību izmantošanu.
Sandia National Laboratories zinātnieki, atzīti līderi kvantu tehnoloģiju jomā, ir šīs zinātnes un tehnoloģiju revolūcijas priekšgalā. Viņu daudzu gadu pētījumi, kuru kulminācija ir nesena publikācija zinātniskajā izdevumā Science Advances, liecina par ievērojamu progresu miniatūru, augstas precizitātes kvantu sensoru izstrādē, kas spēj mērīt paātrinājumu ar vēl nebijušu precizitāti. Šīs tehnoloģijas pamatā ir atomu interferometrijas princips, kas ļauj izmantot atomus kā sava veida “kvantu svārstu”, kas ir jutīgs pret vismazākajām gravitācijas lauka izmaiņām un attiecīgi pret objekta paātrinājumu. Šī pieeja paver iespēju izveidot “kvantu kompasu” – navigācijas sistēmu, kas ir neatkarīga no ārējiem signāliem un spēj nodrošināt precīzu pozicionēšanu pat apstākļos, kad GPS navigācija nav pieejama.
Vēl nesen atominterferometri bija sarežģītas un apgrūtinošas iekārtas, kas aizņēma veselas laboratorijas. Tomēr Sandijas Nacionālo laboratoriju komanda ir guvusi ievērojamus panākumus šīs tehnoloģijas miniaturizācijā, padarot to praktiskāku un piemērotāku reāliem lietojumiem. Aizstājot masīvos vakuumsūkņus ar kompaktām kamerām, integrējot dažādus optiskos komponentus vienā ierīcē un optimizējot kontroli un datu apstrādi, zinātnieki spēja ievērojami samazināt kvantu sensora izmērus un enerģijas patēriņu, vienlaikus saglabājot tā augsto precizitāti. Jaunās sistēmas galvenais elements bija inovatīvs silīcija fotonu modulators, kas izstrādāts Sandijas nacionālajās laboratorijās. Šī ierīce, kas kontrolē gaismu mikroshēmā, ievērojami uzlabo signāla kvalitāti, slāpējot nevēlamu troksni un uzlabojot mērījumu precizitāti. Izmantojot silīcija fotoniku, šo modulatoru ražošana kļūst daudz lētāka un mērogojama, paverot ceļu kvantu navigācijas ierīču masveida ražošanai.
Iespējamie kvantu sensoru lietojumi ir ļoti plaši un daudzveidīgi. To lielā jutība pret gravitācijas lauka izmaiņām paver iespējas tos izmantot ģeoloģiskajā izpētē, ļaujot atklāt pazemes dobumus un minerālu atradnes. Iedomājieties, ka varat precīzi noteikt pazemes resursu, piemēram, naftas, gāzes vai minerālu, atrašanās vietu, neveicot dārgus un laikietilpīgus urbšanas darbus. Turklāt izstrādātie optiskie komponenti varētu rast pielietojumu tādās jomās kā lidaru sistēmas, ko izmanto trīsdimensiju reljefa karšu izveidei un autonomo transportlīdzekļu navigācijai, kvantu skaitļošana, kas paver jaunus apvāršņus informācijas apstrādē, un optiskie sakari, kas nodrošina ātrdarbīgu un drošu datu pārraidi.
Sandia National Laboratories projekta panākumi lielā mērā ir saistīti ar dažādu jomu speciālistu ciešo sadarbību no kvantu fizikas līdz mikroelektronikai. Apvienojot starpdisciplinārās komandās strādājošo zinātnieku un inženieru centienus, ir izdevies pārvarēt tehnoloģiskos šķēršļus un pietuvināt komerciāli pieejamas kvantu navigācijas sistēmas. Šī mūsdienu zinātnei raksturīgā sinerģiskā pieeja parāda, cik svarīgi ir integrēt dažādu disciplīnu zināšanas un pieredzi, lai risinātu sarežģītas tehnoloģiskas problēmas.
Lai gan kvantu navigācija joprojām ir attīstības stadijā, šīs tehnoloģijas potenciāls ir milzīgs. Nākotnē tā var ne tikai kļūt par uzticamu alternatīvu GPS dažādās situācijās, bet arī pavērt jaunas iespējas vides pētījumiem, autonomo sistēmu attīstībai un jaunu tehnoloģisko platformu izveidei. Var droši apgalvot, ka kvantu mehānika jau sāk mainīt mūsu domāšanu par navigāciju, bruģējot ceļu uz precīzāku, uzticamāku un neatkarīgāku nākotni, kurā mēs varēsim pilnīgi droši navigēt neatkarīgi no ārējiem apstākļiem un ierobežojumiem.
Ja esat atklājis pareizrakstības kļūdu, lūdzu, paziņojiet mums, izvēloties šo tekstu un nospiežot Ctrl+Enter.
