Това е идеалното място за тестове на квантов компас, който може да замени GPS
Изследователи транспортират необичаен багаж по време на пътуванията си в лондонското метро. Той включва вакуумна камера от неръждаема стомана, няколко милиарда атома рубидий и набор от лазери, които се използват за охлаждане на оборудването до температура малко над абсолютната нула. Това е екипировката, която учените ще използват при своите подземни пътувания.
Въпреки че багажът може да е странен, той има амбициозна цел. Ще послужи за разработване на квантов компас. Това е инструмент, който ще използва поведението на субатомната материя, за да разработи устройства, които могат точно да определят местоположение, независимо къде са поставени, проправяйки пътя за създаването на ново поколение подземни и подводни сензори. Субатомният инструмент ще може точно да определя места под земята и под водата, където сателитните сигнали често са блокирани.
Идеалното място за тестване е лондонското метро. Изследователите разработват много прецизни нови сензори, използвайки квантова механика. Те са показали обещаващи резултати в лабораторни условия. Въпреки това, те са по-малко точни в настройките на реалния живот. Затова оборудването се пренася в лондонското метро. Това е идеалното място за изглаждане на несъвършенствата.
Как работи навигацията?
Идеята на квантовия компас е да заобиколи или разшири настоящите методи за определяне местоположението на самолети, автомобили и други обекти. Те обикновено разчитат на глобални навигационни спътникови системи, като GPS. Последните са станали решаващи при транспортирането на стоки и услуги по шосе, море и въздух. Използвайки външни сигнали, тези системи могат точно да фиксират позициите на превозните средства.
Въпросните устройства са уязвими при лошо време. Също така не работят под вода. Под земята техните сигнали често се блокират от високи сгради и други препятствия. Целта на проекта на Imperial College, който е подкрепен от Фонда за технологични мисии на Обединеното кралство за научни изследвания и иновации и Националната програма за квантови технологии, е да се създаде устройство, което не само е точно при фиксиране на дадена позиция, но и не разчита на получаване на външни сигнали.
Вече няма да е нужно да се притесняваме, че сигналите ще бъдат изгубени или блокирани от стени и сгради. Ще имаме повече увереност относно това къде сме ние или нашето превозно средство в определен момент.
Какво представлява акселерометърът?
В сърцето на квантовия компас, който може да бъде готов за масова употреба само след няколко години, е устройство, известно като акселерометър. То може да измерва как скоростта на даден обект се променя с течение на времето. Тази информация, комбинирана с началната точка на този обект, позволява да се изчислят бъдещите му позиции. Мобилните телефони и лаптопи притежават акселерометри, но тези версии не могат да поддържат точността си за дълги периоди от време.
Квантовата механика обаче предлага на учените начин да осигурят нова прецизност и точност чрез измерване на свойствата на свръхохладените атоми. При изключително ниски температури атомите се държат по квантов начин. Те действат като материя и като вълни. Когато атомите са ултрастудени, можем да използваме квантовата механика, за да опишем как се движат. Това ни позволява да правим точни измервания, които ни казват как нашият обект променя позицията си.
Нови опити
В устройствата, които са били пренасяни на борда на влакове за тестване в лондонското метро, рубидият се вкарва във вакуумната камера, която се намира в сърцето на машината. След това се използват мощни лазери за охлаждане на тези атоми до част от градуса над абсолютната нула (−273,15C). При тези условия вълновите свойства на рубидиевите атоми се влияят от ускорението на превозното средство, което транспортира оборудването. Тези малки промени могат да бъдат измерени точно.
Установено е, че системата работи добре в стабилна лаборатория. Тя трябва да бъде тествана и в по-екстремни условия, ако трябва да бъде превърната в самостоятелно устройство, което може да се използва на отдалечени или сложно достъпни места.
Тунелите с влакове са идеални за тази задача и лондонското метро ще спечели от новите квантови сензори, които ще премахнат необходимостта от стотици мили кабели, инсталирани в момента, за да се проследи местоположението на 540-те влака, които минават под столицата в пиковите часове.
