Ultraczułe czujniki kwantowe na bazie zimnych atomów szansą na postępy w geofizyce i przetwarzaniu danych
Technologia zimnych atomów nie jest jeszcze wykorzystywana w warunkach rzeczywistych. Finansowany ze środków UE projekt ISENSE ma na celu zmianę tego stanu rzeczy za pomocą innowacyjnej technologii zintegrowanej w jednym systemie i wykorzystywanej w czujniku kwantowym na bazie zimnych atomów. Czujniki kwantowe korzystają z zaawansowanych efektów kwantowych, takich jak superpozycja, aby osiągnąć ultrawysokie poziomy czułości (wykraczające poza możliwości zwykłego urządzenia). Atom może znajdować się jednocześnie w dwóch wewnętrznych stanach energetycznych (superpozycja), co oznacza, że atomy poruszają się wzdłuż dwóch ścieżek o różnych wysokościach, pozwalając naukowcom na zbudowanie ultraczułych czujników grawitacyjnych. Urządzenia oparte o zimne atomy mogą pozwolić uzyskać ostateczną kontrolę nad pozycją, prędkością i wewnętrznymi stanami dzięki wykorzystaniu technik interakcji między światłem i atomami. "Po ochłodzeniu atomów do milionowej części stopnia powyżej zera bezwzględnego stają się one idealnymi cząstkami sondującymi dla czujników kwantowych. Zdolność do detekcji czasu, grawitacji, obrotów, pól magnetycznych została wykazana w laboratorium z rekordową czułością", wyjaśnia profesor Kai Bongs z Uniwersytetu w Birmingham (Wielka Brytania), koordynator projektu ISENSE. "Technologia iSense stwarza możliwości opracowania mobilnego i bezwzględnego miernika grawitacji o dużej czułości", dodaje. Po dalszym ochłodzeniu atomy stają się zdegenerowanym gazem kwantowym, który może posłużyć do obliczeń kwantowych. Chociaż działanie takiej technologii zostało już udowodnione, uczestnicy projekt ISENSE idą o krok dalej, łącząc wszystkie komponenty wymagane w czujniku kwantowym zimnego atomu w jednym systemie mobilnym. "Jest to kluczowy krok, aby móc przekuć naukę na technologię komercyjną, która będzie miała wpływ na życie każdego z nas", mówi Bongs. W projekcie ISENSE opracowano technologię kwantową zimnego atomu za pomocą laserów, optycznej technologii podawania, technologii elektronicznego sterowania, technologii próżniowej oraz technologii chipu atomowego o niskim poborze mocy. Technologie te zostały zintegrowane w czujniku grawitacyjnym, w którym udowadniają swoją funkcjonalność. Dostępność na rynku Członkowie projektu z powodzeniem zaprezentowali czujnik kwantowy ISENSE w Brukseli. Dzięki temu technologia kwantowa zdobyła szersze zainteresowanie w przemyśle. "Przedstawiciele przemysłu zdali sobie sprawę, że mają do czynienia z rzeczywistą praktyczną szansą rozwoju. Obecnie ponad 70 przedsiębiorstw wspiera Brytyjskie Narodowe Centrum Technologii Kwantowej w dziedzinie Czujników i Metrologii, realizujący kolejne kroki w rozwijaniu naszych technologii", wyjaśnia Bongs. Po wprowadzeniu na rynek ultraczuły mobilny czujnik grawitacji może zrewolucjonizować geofizykę, umożliwiając tworzenie map wód gruntowych, ocenę aktywności wulkanicznej i związanej z trzęsieniem ziemi, weryfikację placów budowy pod kątem podziemnych zapadlisk oraz lokalizację podziemnych rur. Obecnie konieczność wykonywania otworów w ziemi w celu zweryfikowania zapadlisk i lejów krasowych kosztuje gospodarkę unijną miliardy euro rocznie. Platforma technologiczna powstała w projekcie ISENSE może być zastosowana w dowolnym narzędziu na bazie zimnych atomów. Należą do nich czujniki kwantowe, symulatory kwantowe, pamięci kwantowe do komunikacji kwantowej i komputery kwantowe. Najbliżej wprowadzenia na rynek jest technologia czujników kwantowych, zwłaszcza mierzących grawitację, czas, obroty i pole magnetyczne.
Słowa kluczowe
Czujniki kwantowe, zimne atomy, technologie kwantowe, geofizyka, grawitacja, czujniki
