‘У низці випадків системи навігації GPS використовувати не можна або неможливо. Вони можуть бути скомпрометовані або заблоковані з різних причин, а також залишаються фактором ризику в роботі автопілотів. Паралельна система навігації без GPS могла б вирішити проблему, але поки що такі системи розміром з кімнату. Вчені зі США обіцяють подолати ці обмеження і створити доступний мініатюрний «квантовий» компас уже найближчим часом.
Квантова навігація будується на так званій атомній інтерферометрії. Частинки поводяться так само як хвилі, а хвилі однієї й тієї самої частинки можуть накладатися одна на одну і відрізнятися за фазою. Зсув за фазою та ефекти інтерференції хвиль вимірюються лазером. На атоми діють сили, наприклад, гравітація, або вони відчувають прискорення чи гальмування, кутовий момент та інше, що вимірюється з атомарною точністю – ті самі зрушення фаз та інтерференція. Перенесення цих даних у наш світ дає змогу співвіднести вимірювання з усіма нюансами руху навігаційного приладу на транспортному засобі. Це забезпечує настільки високу точність навігації, що вона може перевершувати можливості GPS.
Для точної навігації без GPS необхідні шість атомних інтерферометрів, що визначає кінцеві – немаленькі – розміри платформи. Вчені з Сандійських національних лабораторій змогли здивувати, розробивши надкомпактні оптичні чипи для приводу в дію квантових систем навігації. Величезні лазерні установки вони замінили крихітними фотонними інтегральними схемами.
«Використовуючи принципи квантової механіки, ці вдосконалені датчики забезпечують неперевершену точність вимірювання прискорення і кутової швидкості, забезпечуючи точну навігацію навіть у районах, де GPS недоступний», – стверджують розробники.
Ключовим елементом для датчиків нового покоління став модулятор, здатний керувати та комбінувати промені з кількома довжинами хвиль, одержуваними з одного джерела. Тим самим відпадає необхідність в об’єднанні окремих лазерів, адже всю роботу може виконати один лазер, використовуючи для цього схему модулятора.
Крім набагато більшої компактності, такі чипи також стійкіші до вібрацій і ударів. Така надійність дасть змогу використовувати квантові датчики в найскладніших умовах експлуатації, які можуть вивести з ладу сучасні моделі. Фактор вартості також на порядку денному. Один сучасний лазерний модулятор легко долає бар’єр у $10 тис. Переведення виробництва на кремнієві пластини з сотнями та більше чипів на 200- і 300-мм підкладках – це запорука зниження вартості рішень і підвищення ступеня їхньої доступності.
Запропоновані «квантові» компаси здатні вийти далеко за межі сфери навігації. Квантові детектори мас, наприклад, легко впораються з картографуванням прихованих під землею комунікацій і споруд. Вони можуть виявитися затребуваними для оптичного зв’язку і квантових обчислень, у далекомірах тощо.
Якщо вам цікаві статті та новини про авіацію та космічну техніку — запрошуємо вас на наш новий проєкт AERONAUT.media.
Читайте також: