Квантовое устройство сделает возможной навигацию без GPS

В Национальных лабораториях Sandia разработана базовая технология будущих навигационных систем, которые не полагаются на спутники GPS. Информация об этом достижении недавно появилась в журнале AVS Quantum Science.

Бесчисленные устройства по всему миру используют GPS для определения местоположения и поиска пути. Но сигналы спутников GPS можно заблокировать или подделать, что сделает бесполезными навигационные системы как на коммерческих, так и на военных транспортных средствах.

Поэтому, вместо того, чтобы полагаться на спутники, будущие транспортные средства смогут отслеживать свое местоположение самостоятельно, методами так называемой инерциальный навигации. Для этого необходимы бортовые устройства, измеряющие ускорение и вращение столь же точно, как атомные часы измеряют время. Именно такую функциональность и продемонстрировали специалисты из Sandia, направляя лазеры в небольшие облака газа рубидия.

Атомные акселерометры и гироскопы уже существуют, но они слишком громоздкие и энергоёмкие, из-за необходимости использовать большие вакуумные системы, требующие киловольт электричества.

«Нужные физические процессы протекают в кубическом сантиметре объема, и всё, что больше этого, — бесполезная трата места», — заявила ученый-постдок Sandia Бетани Литтл (Bethany Little). Её команда показала, что квантовое зондирование может работать без мощной вакуумной системы, отказ от которой сжимает упаковку до практичных размеров без ущерба для надёжности.

Место вакуумного насоса, откачивающего молекулы, которые просачиваются внутрь и могут вносить помехи в измерения, заняла пара устройств размерами с ластик от карандаша. Называемые геттерами (getter), они использует химические реакции для связывания «нарушителей» и работают без источника питания.

Чтобы еще больше оградить камеру от попадания загрязняющих веществ, учёные-материаловеды Sandia построили её из титана и сапфира. Эти материалы особенно хороши для блокирования газов, таких как гелий, которые могут просачиваться даже сквозь нержавеющую сталь и термостойкое боросиликатное стекло Pyrex.

Строительство опытного образца потребовало применения сложных производственных технологий, которые Sandia отладила в процессе изготовления компонентов ядерного оружия. Как и ядерное оружие, титановая камера должна гарантированно надежно служить многие годы.

Учёные Sandia ведут наблюдение за экспериментальным устройством, которое, как они рассчитывают, должно сохранить герметичность и работоспособность в течение не менее пяти лет. Демонстрация этого стала бы важной вехой на пути к коммерческому внедрению устройства. Параллельно они изучают возможности дальнейшей производственной оптимизации своей технологии.