سنسور کوانتومی برای سیستم ناوبری آینده روی کشتی نیروی دریایی انگلیس آزمایش شد

26 مه 2023 -توسط هیلی دانینگ، امپریال کالج لندن-سنسور کوانتومی در یک کانتینر حمل و نقل در XV Patrick Blackett آزمایش شد. اعتبار: توماس آنگوس، امپریال کالج لندن

نمونه اولیه حسگر کوانتومی با کاربردهای بالقوه در ناوبری بدون GPS، که در کالج امپریال لندن ساخته شده است، با همکاری نیروی دریایی آزمایش شده است.این آزمایش گام مهمی در بیرون آوردن فناوری‌های کوانتومی جدید از آزمایشگاه و به تنظیمات دنیای واقعی است.

امروزه بسیاری از سیستم‌های ناوبری به سیستم‌های ماهواره‌ای ناوبری جهانی (GNSS) مانند GPS، که از سیگنال‌های ماهواره‌هایی که به دور زمین می‌چرخند استفاده می‌کنند، متکی هستند. با این حال، ناوبری GPS همیشه در دسترس نیست، موانعی مانند ساختمان‌های بلند می‌توانند به راحتی سیگنال‌های ماهواره را مسدود کنند، و همچنین مستعد پارازیت، تقلید یا حذف هستند، در نتیجه از ناوبری دقیق جلوگیری می‌کنند. تخمین زده شده است که یک روز حذف سرویس ماهواره ای هزینه ای بالغ بر یک میلیارد پوند برای بریتانیا به همراه خواهد داشت.

سیستم های ناوبری بدون ماهواره وجود دارد. با این حال، فناوری‌های فعلی در طول زمان تغییر می‌کنند، به این معنی که دقت خود را از دست می‌دهند مگر اینکه به طور منظم با ماهواره‌ها کالیبره شوند. حسگر کوانتومی پتانسیل حذف این رانش را دارد و دقت را در بازه‌های زمانی طولانی بهبود می‌بخشد.

تیم امپریال کالج لندن اولین نمونه اولیه «قطب‌نمای کوانتومی» خود را در سال 2018 رونمایی کرد و از آن زمان تاکنون این فناوری را تا حدی اصلاح کرده‌اند که اکنون می‌توان آن را در این زمینه آزمایش کرد.

آخرین حسگر کوانتومی قبل از حرکت به سمت لندن با کشتی تحقیقاتی جدید نیروی دریایی سلطنتی به نام XV Patrick Blackett در Qinetiq NavyPOD – یک پلت فرم نمونه سازی سریع قابل تعویض ادغام شد.

این آزمایش اولین گام برای درک کاربرد و بهره برداری از ناوبری فعال کوانتومی است که می تواند مزایای ناوبری قابل توجهی را هنگام عملیات در مناطق محروم از ماهواره ارائه دهد.

دکتر جوزف کوتر، دانشمند ارشد سنسور کوانتومی از دپارتمان فیزیک امپریال، گفت: «دسترسی به پاتریک بلکت فرصتی منحصر به فرد را برای ما فراهم می‌کند تا حسگرهای کوانتومی را از آزمایشگاه خارج کنیم و به محیط‌های دنیای واقعی ببریم. آنها مورد نیاز هستند.”

فرمانده مایکل هاچینسون، افسر فرماندهی XV پاتریک بلکت، گفت: “کار با امپریال کالج لندن در این پروژه یک فرصت هیجان انگیز و جالب برای همه ما بوده است. تاکنون، آزمایش به خوبی انجام شده است، اما فناوری هنوز در مراحل اولیه خود قرار دارد. خیلی خوب است که بخشی از تاریخ نیروی دریایی سلطنتی باشید.”

سنسور کوانتومی امپریال نوع جدیدی از شتاب سنج است. شتاب‌سنج‌ها چگونگی تغییر سرعت یک جسم در طول زمان را اندازه‌گیری می‌کنند. با ترکیب این اطلاعات با اندازه گیری های چرخش و موقعیت اولیه جسم می توان مکان فعلی را محاسبه کرد.

شتاب سنج های معمولی در بسیاری از دستگاه های مختلف مانند تلفن همراه و لپ تاپ استفاده می شود. با این حال، این سنسورها نمی توانند دقت خود را در مدت زمان طولانی بدون مرجع خارجی حفظ کنند.

شتاب‌سنج کوانتومی از اتم‌های فوق سرد برای اندازه‌گیری بسیار دقیق استفاده می‌کند. وقتی تا دمای بسیار پایین سرد می‌شوند، اتم‌ها ماهیت «کوانتومی» خود را نشان می‌دهند و در نتیجه خواص موج مانندی دارند. همانطور که اتم ها از طریق حسگر حرکت می کنند، یک خط کش نوری با استفاده از یک سری پالس های لیزری تشکیل می شود. این اجازه می دهد تا شتاب اتم ها به طور دقیق اندازه گیری شود.

این آزمایش‌های جدید بر اساس میراث تحقیقات کوانتومی درکالج ساخته شده‌اند. امپریال مرکز مهندسی، علوم و فناوری کوانتومی (QuEST) را برای ترجمه اکتشافات علم کوانتومی به فناوری‌های کوانتومی تبدیل‌کننده تشکیل داده است.

پروفسور پیتر هاینز، مدیر QuEST در امپریال، می گوید: “شتاب سنج کوانتومی یک فناوری پیشرو در خط مقدم نوآوری کوانتومی است. این پتانسیل را دارد که ناوبری را با دقیق تر و ایمن تر کردن آن تغییر دهد.”

“این کار نشان‌دهنده آخرین پیشرفت در سابقه طولانی امپریال در تحقیقات پیشرو در جهان در علم و فناوری کوانتومی است. با تخصص عمیق در علوم پایه، مهندسی و ترجمه، ما بر روی واقعیت بخشیدن به فناوری‌های کوانتومی – و مزایای آنها – تمرکز کرده‌ایم. “

کشتی XV Patrick Blackett همچنین یک ارتباط امپریالیستی دیگر دارد. پروفسور لرد بلکت، برنده جایزه نوبل سال 1948، از سال 1953 تا 1963 رئیس بخش فیزیک کالج امپریال بود و ساختمان اصلی پردیس کنزینگتون جنوبی هنوز نام او را حفظ می کند.