Исследователи из лаборатории Sandia разработали сверхэкономичный квантовый сенсор для навигации в условиях помех
Исследователи из Национальной лаборатории Sandia в США разработали миниатюрный квантовый сенсор, который потребляет всего 5 милливатт мощности. Это примерно в 2000 раз меньше, чем требуется обычной светодиодной лампе. Новая технология может приблизить создание компактных квантовых навигационных систем, способных работать без спутниковых сигналов.
Современная навигация в значительной степени зависит от спутниковых систем. Их используют смартфоны, автомобили, коммерческие самолёты, морские суда и военная техника. Однако такие сигналы можно подавить или подделать с помощью радиопомех, что создаёт проблемы для критически важных систем.
Одним из перспективных решений считаются квантовые навигационные технологии, которые не зависят от внешних спутниковых сигналов и способны обеспечивать высокую точность. Учёные рассматривают разные подходы, включая атомную интерферометрию, где движение сверххолодных атомов измеряется с помощью лазеров.
Обычно такие системы требуют сложных вакуумных камер и чувствительны к вибрациям. Команда Sandia использовала другой подход — управляемую атомную интерферометрию, в которой атомы движутся внутри сверхтонких оптических волокон. Свет внутри такого волокна создаёт область, которая удерживает и контролирует атомы, подобно тому, как шарики движутся внутри узкой трубки.
Ключевым элементом разработки стали оптические нанофибры толщиной всего 420 нанометров — примерно в 200 раз тоньше человеческого волоса. Они позволяют постоянно контролировать движение атомов лазерным излучением, сохраняя компактность системы.
Главной проблемой при создании такого устройства был перегрев. Лазеры, необходимые для управления атомами, выделяют тепло, а миниатюрные компоненты в вакууме плохо отводят его. Исследователи решили эту задачу с помощью небольших кремниевых опор, которые одновременно фиксируют волновод и работают как теплоотводы.
Эксперименты показали, что цезиевые атомы можно удерживать с помощью всего 5 милливатт оптической мощности, а измерение квантового состояния атомов возможно при использовании световых пучков мощностью менее микроватта.
Учёные планируют интегрировать все элементы системы на одном чипе и создать компактную квантовую инерциальную навигационную платформу. Такие устройства могут обеспечить точное определение положения для самолётов, кораблей и наземной техники даже при отсутствии или подавлении спутниковых сигналов.
Исследование в журнале AVS Quantum Science.