Στο Πανεπιστήμιο του Colorado Boulder, μια ερευνητική ομάδα παρουσίασε πρωτοποριακή τεχνολογία που μπορεί να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο κινούμαστε στον χώρο: έναν κβαντικό αισθητήρα ικανό να ανιχνεύει τρισδιάστατες επιταχύνσεις χωρίς τη χρήση GPS. Η συσκευή, που αποτελεί έναν νέο τύπο ατομικού παρεμβολόμετρου (atom interferometer), θα μπορούσε μελλοντικά να χρησιμοποιείται για την πλοήγηση σε υποβρύχια, διαστημικά σκάφη, οχήματα και άλλες εφαρμογές που απαιτούν ακριβή προσανατολισμό, ακόμα και όταν δεν υπάρχει σήμα δορυφόρου.
Όπως εξηγεί ο Kendall Mehling, μεταπτυχιακός φοιτητής στο Τμήμα Φυσικής του CU Boulder και συν-συγγραφέας της μελέτης, η καινοτομία έγκειται στην ικανότητα της συσκευής να μετρά την επιτάχυνση σε τρεις διαστάσεις.
Οι παραδοσιακοί αισθητήρες αδυνατούν να καταγράψουν τη συνολική εικόνα της κίνησης στον χώρο. Αν θέλω να ξέρω πού πάω –και πού ήμουν– πρέπει να γνωρίζω πώς κινούμαι και προς τις τρεις κατευθύνσεις.
Η συσκευή βασίζεται στη χρήση έξι εξαιρετικά λεπτών ακτίνων laser, με τις οποίες οι επιστήμονες «παγιδεύουν» δεκάδες χιλιάδες άτομα ρουβιδίου μέσα σε ένα θάλαμο κενού. Με τη βοήθεια τεχνητής νοημοσύνης, οι ακτίνες αυτές τροποποιούνται με πολύπλοκα μοτίβα ώστε να παρατηρούνται οι αντιδράσεις των ατόμων σε ανεπαίσθητες επιταχύνσεις, παρόμοιες με την αίσθηση που νιώθουμε όταν επιταχύνει το αυτοκίνητο.
Οι παραδοσιακοί αισθητήρες χρησιμοποιούν GPS ή κλασικά ηλεκτρονικά επιταχυνσιόμετρα. Αυτά όμως με την πάροδο του χρόνου φθείρονται. «Οι μηχανικές δομές σε τέτοιες συσκευές παλιώνουν και αλλοιώνονται. Αντίθετα, τα άτομα παραμένουν αναλλοίωτα στον χρόνο», επισημαίνει ο Mehling.
Η ιδέα του παρεμβολόμετρου δεν είναι νέα, καθώς χρησιμοποιείται εδώ και αιώνες, από τη μεταφορά δεδομένων με οπτικές ίνες έως την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων. Στην κλασική του μορφή, το φως ενός laser διαχωρίζεται σε δύο δέσμες, οι οποίες ακολουθούν διαφορετικές διαδρομές και έπειτα επανασυνδέονται. Τυχόν διαφορές στις επιδράσεις που υπέστησαν κατά τη διαδρομή τους παράγουν μοτίβα παρεμβολής, που επιτρέπουν ακριβείς μετρήσεις.
Η διαφορά εδώ είναι ότι αντί για φως, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν άτομα. Πρώτα, ψύχουν το ρουβίδιο σχεδόν στο απόλυτο μηδέν, δημιουργώντας ένα συμπύκνωμα Bose-Einstein, μια ιδιαίτερη κβαντική κατάσταση όπου τα άτομα συμπεριφέρονται ως ενιαίο κύμα ύλης. Στη συνέχεια, τα «διαχωρίζουν» μέσω laser, όχι σε φυσικό επίπεδο, αλλά σε κβαντική υπέρθεση: κάθε άτομο βρίσκεται ταυτόχρονα σε δύο θέσεις.
Αυτές οι «σκιές» των ατόμων κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις, ώσπου οι ερευνητές τις φέρνουν ξανά κοντά, δημιουργώντας ένα πολύπλοκο μοτίβο παρεμβολής, κάτι σαν δακτυλικό αποτύπωμα. «Μπορούμε να “διαβάσουμε” αυτό το αποτύπωμα και να εξάγουμε από αυτό τις επιταχύνσεις που βίωσαν τα άτομα», εξηγεί ο Holland.
Η τεχνολογία είναι ακόμη στα πρώτα της βήματα. Η ακρίβεια του αισθητήρα είναι χιλιάδες φορές μικρότερη από τη βαρύτητα της Γης, και οι υπάρχουσες εμπορικές λύσεις είναι προς το παρόν ανώτερες. Ωστόσο, οι ερευνητές αισιοδοξούν ότι με συνεχή βελτίωση και χρήση πιο ισχυρών αλγορίθμων τεχνητής νοημοσύνης (όπως νευρωνικά δίκτυα) το σύστημα μπορεί να εξελιχθεί.
[via]
