Kvantekompas kunne tillade navigation uden at stole på satellitter

Storbritanniens første kvanteaccelerometer til navigation er blevet demonstreret af et team fra Imperial College London og M Squared.

Det meste af navigationen i dag er afhængig af et globalt navigationssatellitsystem (GNSS), såsom GPS, som sender og modtager signaler fra satellitter, der kredser om jorden. Kvanteaccelerometeret er et selvstændigt system, der ikke er afhængig af eksterne signaler.

Dette er især vigtigt, fordi satellitsignaler kan blive utilgængelige på grund af blokeringer såsom høje bygninger, eller kan sidde fast, efterlignet eller nægtet - forhindrer nøjagtig navigation. En dag med nægtelse af satellittjenesten ville koste Storbritannien £ 1 mia.

Nu, for første gang, et britisk hold har demonstreret en transportabel, standalone quantum accelerometer på National Quantum Technologies Showcase, en begivenhed, der demonstrerer de teknologiske fremskridt, der opstår som følge af det britiske nationale kvanteteknologiprogram - en investering på 270 millioner britiske regeringer over fem år.

Enheden, bygget af Imperial College London og M Squared, blev finansieret gennem Defense Science and Technology Laboratory's Future Sensing and Situational Awareness Program, Det Tekniske og Fysiske Forskningsråd, og Innovate UK. Det repræsenterer Storbritanniens første kommercielt levedygtige kvanteaccelerometer, som kunne bruges til navigation.

Accelerometre måler, hvordan et objekts hastighed ændres over tid. Med dette, og objektets udgangspunkt, den nye position kan beregnes.

Ved hjælp af præcisionen af ​​ultrakolde atomer

Accelerometre har eksisteret i nogen tid, og er til stede i dag inden for teknologier som mobiltelefoner og bærbare computere. Imidlertid, disse enheder kan ikke opretholde deres nøjagtighed over længere perioder uden en ekstern reference.

Kvanteaccelerometeret er afhængig af den præcision og nøjagtighed, der er mulig ved at måle egenskaber ved superkølede atomer. Ved ekstremt lave temperaturer, atomer opfører sig på en 'kvante' måde, virker som både stof og bølger.

Dr. Joseph Cotter, fra Center for Cold Matter at Imperial, sagde:"Når atomerne er ultrakolde, skal vi bruge kvantemekanik til at beskrive, hvordan de bevæger sig, og dette giver os mulighed for at lave det, vi kalder et atominterferometer. "

Når atomerne falder, deres bølgeegenskaber påvirkes af køretøjets acceleration. Ved hjælp af en 'optisk lineal', accelerometeret er i stand til at måle disse små ændringer meget præcist.

For at gøre atomerne kolde nok, og at undersøge deres egenskaber, når de reagerer på acceleration, meget kraftfulde lasere, der kan styres præcist, er nødvendige.

At sætte Storbritannien i hjertet af den kommende kvantealder

Dr. Joseph Thom, Quantum Technology Scientist hos M Squared, sagde:"Som en del af vores arbejde med at kommercialisere kolde atom kvantesensorer, vi udviklede et universelt lasersystem til kolde atombaserede sensorer, som vi allerede har implementeret i vores kvantegravimeter. Denne laser bruges nu også i det kvanteaccelerometer, vi har bygget i samarbejde med Imperial. Kombination af høj effekt, usædvanlig lav støj og frekvensindstilling, lasersystemet afkøler atomerne og giver den optiske lineal til accelerationsmålingerne. "

Det nuværende system er designet til navigation af store køretøjer, såsom skibe og endda tog. Imidlertid, princippet kan også bruges til grundforskning, såsom i søgen efter mørk energi og gravitationsbølger, som Imperial-teamet også arbejder på.

Professor Ed Hinds, fra Center for Cold Matter at Imperial, sagde:"Jeg synes, det er enormt spændende, at denne kvanteteknologi nu bevæger sig ud af det grundlæggende videnskabelige laboratorium og anvendes på problemer i den store verden, alt sammen fra den fantastiske følsomhed og pålidelighed, som du kun kan få fra disse kvantesystemer."

Dr. Graeme Malcolm, grundlægger og administrerende direktør for M Squared, sagde:"Denne kommercielt levedygtige kvanteenhed, accelerometeret, vil sætte Storbritannien i hjertet af den kommende kvantealder. Samarbejdsindsatsen for at realisere potentialet i kvantenavigation illustrerer Storbritanniens enestående styrke i at bringe industri og akademi sammen - bygger på fremskridt på videnskabens grænse, ud af laboratoriet for at skabe virkelige applikationer til forbedring af samfundet. "