سنسورهای کوانتومی با تکنولوژی بالا: مسیریابی هنگامی که GPS ناپایدار می‌شود
به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از وبگاه (سای تک دیلی)، هنگامی که در مورد حسگرهای اینرسی کوانتومی صحبت می‌شود، بعید است که کلماتی مانند «سخت» یا «ناهموار» گفته شود. این ابزار‌های علمی قابل توجه می‌توانند حرکت را هزاران برابر دقیق‌تر از دستگاه‌هایی که به هدایت موشک ها، پهپاد‌ها و هواپیما‌های امروزی کمک می‌کنند، اندازه گیری کنند.
با این حال، مجموعه ظریف و به اندازه جدول از اجزای آن که شامل یک سیستم لیزر و خلاء پیچیده است، اساساً این فناوری را ثابت نگه داشته و محدود به تنظیمات کنترل شده یک آزمایشگاه کرده است. جونگمین لی می‌خواهد آن را تغییر دهد.
این فیزیکدان اتمی بخشی از تیمی در ساندیا است که حسگرهای اینرسی کوانتومی را به‌عنوان کمک‌های ناوبری انقلابی و ناوبری در نظر می‌گیرد. این تیم در حال کار بر روی مهندسی مجدد حسگر به یک دستگاه فشرده و ناهموار است که در آن این فناوری می‌تواند با خیال راحت وسایل نقلیه را در هنگام مسدود شدن یا گم شدن سیگنال‌های GPS راهنمایی کند.
در یک نقطه عطف بزرگ به سوی تحقق چشم انداز خود، این تیم با موفقیت یک تداخل سنج اتم سرد ساخته است. این یکی از اجزای اصلی حسگرهای کوانتومی است و نسخه آن‌ها به گونه‌ای طراحی شده است که بسیار کوچکتر و سخت‌تر از تنظیمات آزمایشگاهی معمولی باشد.
این تیم نمونه اولیه خود را توصیف می‌کند که نشان می‌دهد چگونه می‌توان چندین جزء به طور معمول از هم جدا شده را در یک ساختار یکپارچه واحد ادغام کرد. با انجام این کار، آن‌ها اجزای کلیدی یک سیستم را که روی یک میز نوری بزرگ وجود داشت به یک بسته محکم تقریباً به اندازه یک جعبه کفش کاهش دادند.
جونگمین گفت: حساسیت بسیار بالایی در آزمایشگاه نشان داده شده است، اما موارد عملی برای کاربرد در دنیای واقعی این است که افراد باید اندازه، وزن و قدرت را کاهش دهند و سپس بر مسائل مختلف در یک محیط پویا غلبه کنند.
این مقاله همچنین یک نقشه راه برای کوچک‌سازی بیشتر سیستم با استفاده از فناوری‌های در دست توسعه توصیف می‌کند.
نمونه اولیه که توسط برنامه تحقیق و توسعه هدایت شده آزمایشگاهی ساندیا تأمین می‌شود، گام‌های مهمی را در جهت انتقال فناوری ناوبری پیشرفته به خارج از آزمایشگاه و به وسایل نقلیه در زمین، زیر زمین، در هوا و حتی در فضا نشان می‌دهد.
سیستم موقعیت یاب جهانی (GPS) مجموعه‌ای از ماهواره‌های در حال گردش است که داده‌های موقعیت، ناوبری و زمان‌بندی را در اختیار کاربران نظامی و غیرنظامی در سراسر جهان قرار می‌دهد. ماهواره‌های GPS هر ۱۲ ساعت یک بار به دور زمین می‌چرخند و سیگنال‌های ناوبری را به طور مداوم مخابره می‌کنند. با تجهیزات مناسب، کاربران می‌توانند حداقل چهار سیگنال ماهواره‌ای را برای محاسبه زمان، مکان و سرعت دریافت کنند. سیگنال‌ها آنقدر دقیق هستند که زمان را می‌توان در یک میلیونیم ثانیه، سرعت در کسری از مایل در ساعت و مکان را تا ۱۰۰ فوت محاسبه کرد.
اندازه گیری‌های فوق حساس قدرت ناوبری را افزایش می‌دهد
همانطور که یک جت یک بشکه در آسمان می‌چرخد، فناوری ناوبری فعلی می‌تواند کج ها، چرخش‌ها و شتاب‌های هواپیما را برای محاسبه موقعیت آن بدون GPS برای مدتی اندازه گیری کند.
جونگمین گفت، اشتباهات کوچک اندازه گیری به تدریج یک وسیله نقلیه را از مسیر خارج می‌کند، مگر اینکه به طور دوره‌ای با ماهواره‌ها همگام شود.
سنجش کوانتومی نیز به همین صورت عمل می‌کند، اما دقت بسیار بهتر به این معنی است که ناوبری درون‌برد نیازی به بررسی متقاطع محاسبات خود نخواهد داشت و وابستگی به سیستم‌های ماهواره‌ای را کاهش می‌دهد.
راجر دینگ، محقق فوق دکترا که روی این پروژه کار کرده است، گفت: در اصل، هیچ گونه تغییر و کالیبراسیون تولیدی وجود ندارد در مقایسه با سنسورهای معمولی که می‌توانند در طول زمان تغییر کنند و نیاز به کالیبراسیون مجدد دارند.
آرون آیسون، مهندس ارشد این پروژه، گفت برای آماده کردن تداخل سنج اتمی برای یک محیط پویا، او و تیمش از موادی استفاده کردند که در محیط‌های شدید ثابت شده بودند. علاوه بر این، قطعاتی که معمولاً جدا و مستقل هستند با هم یکپارچه شده و در جای خود ثابت شدند یا با مکانیزم‌های قفل دستی ساخته شدند.
آرون گفت: ساختار یکپارچه با کمترین حد ممکن رابط پیچ‌دار، کلید ایجاد ساختار تداخل‌سنج اتمی ناهموارتر بود.
علاوه بر این، این تیم از محاسبات استاندارد صنعتی به نام تحلیل المان محدود برای پیش‌بینی اینکه هر گونه تغییر شکل سیستم در محیط‌های معمولی در محدوده مجاز قرار می‌گیرد، استفاده کرد. Sandia تست استرس مکانیکی یا آزمایش میدانی را روی طراحی جدید انجام نداده است، بنابراین تحقیقات بیشتری برای اندازه گیری استحکام دستگاه مورد نیاز است.
آرون گفت: طراحی کوچک و جمع و جور به طور طبیعی به ساختاری سفت‌تر و قوی‌تر منجر می‌شود.
فوتونیک راه را برای یک سیستم کوچکتر روشن می‌کند
راجر گفت، بیشتر آزمایش‌های تداخل سنجی اتمی مدرن از یک سیستم لیزری استفاده می‌کنند که به دلایل پایداری روی یک میز نوری بزرگ نصب شده است. دستگاه Sandia نسبتاً جمع و جور است، اما این تیم قبلاً با پیشرفت‌های طراحی بیشتری برای کوچکتر کردن حسگرهای کوانتومی با استفاده از فناوری‌های فوتونیک یکپارچه دست یافته‌اند.
پیتر شویند، محقق اصلی این پروژه و متخصص در سنجش کوانتومی، می‌گوید: ده‌ها تا صد‌ها عنصر وجود دارد که می‌توان آن‌ها را روی یک تراشه کوچکتر از یک پنی قرار داد.
دستگاه‌های فوتونیک، مانند لیزر یا فیبر نوری، از نور برای انجام کار‌های مفید استفاده می‌کنند و دستگاه‌های یکپارچه شامل بسیاری از عناصر مختلف هستند. فوتونیک به طور گسترده در ارتباطات از راه دور استفاده می‌شود، و تحقیقات مداوم آن‌ها را کوچکتر و همه کاره‌تر می‌کند.
با پیشرفت‌های بیشتر، پیتر فکر می‌کند فضای مورد نیاز یک تداخل سنج می‌تواند به اندازه چند لیتر باشد. رویای او ساختن یکی به اندازه یک قوطی نوشابه است.
در مقاله خود، تیم Sandia طرحی را در آینده ترسیم می‌کند که در آن بیشتر تنظیمات لیزری آن‌ها با یک مدار مجتمع فوتونیک، حدود هشت میلی‌متر در هر طرف جایگزین می‌شود. ادغام اجزای نوری در یک مدار نه تنها یک تداخل سنج اتمی را کوچکتر می‌کند، بلکه با تثبیت قطعات در محل، آن را ناهموارتر می‌کند.
در حالی که تیم هنوز نمی‌تواند این کار را انجام دهد، بسیاری از فناوری‌های فوتونیک مورد نیاز آن‌ها در حال حاضر در Sandia در حال توسعه هستند.
راجر گفت: این یک مسیر مناسب برای سیستم‌های بسیار کوچک است.
در همین حال، جونگمین گفت که مدار‌های فوتونیک یکپارچه احتمالاً هزینه‌ها را کاهش داده و مقیاس پذیری را برای تولید آینده بهبود می‌بخشد.
جونگمین گفت: ساندیا چشم اندازی بلندپروازانه برای آینده سنجش کوانتومی در ناوبری نشان داده است.
انتهای پیام/