GPS навигацията е изключително практична, но има места, на които

GPS навигацията е извънредно практична, само че има места, на които сигналът не е наличен, и също така може елементарно да бъде заглъхнал (снимка: CC0 Public Domain)

Изследователи работят интензивно за основаване на опция на системата за сателитна навигация GPS. Компактни и енергийно ефикасни квантови датчици, които не губят акуратност, имат огромен капацитет за цивилен приложения и във военния бранш. Инструменти на тяхна основа като атомни акселерометри дават обещание висока акуратност на премерване и ще станат незаменими в обстановки, в които сателитните връзки не са налични.

Фундаменталната физика, да не приказваме за квантовата физика, може да наподобява комплицирана за мнозина, само че в действителност тя е използвана за решение на ежедневни проблеми. Представете си, че навигирате на непознато място. Повечето хора биха потърсили GPS, само че какво ще стане, в случай че сте заседнали в под земята тунел без сателитни радиосигнали? Това е мястото, където инструментите за квантово наблюдаване идват на помощ.

Точни атомни акселерометри

Учени от новата лаборатория за квантово-инфинирана информация (ISI) на Университета на Южна Калифорния създават дребни квантови датчици, които ще разрешат навигация без сигнал от сателитна навигационна система (GPS), заяви порталът Phys. Атомните акселерометри, основани от откривателите Джонатан Хабиф и Джъстин Браун, са дребни и точни и могат да се употребяват за навигация тук-там, където GPS не е разполагаем.

Атомите се оправят чудесно в прецизните измервания, тъй като всички те са идентични. Атомните измервания, направени в една лаборатория, ще бъдат неразличими от измерванията, направени в друга лаборатория, защото атомите се държат безусловно еднообразно. Пример за приложението на тази физическа идея е основаването на високопрецизна навигационна система с потребление на атоми.

Според учените, защото атомите имат маса, те могат да се употребяват за премерване на ускорението, което оказва помощ за основаване на датчици като атомните акселерометри. Акселерометрите разрешават на потребителите да узнаят какъв брой бързо и надалеч се движат в дадена посока. Те могат да се комбинират с жироскопи, които осведомят потребителя за смяна в посоката и превръщане. Подобни навигационни устройства са потребни, когато хората нямат достъп до GPS.

Военни приложения

Квантовите датчици могат да бъдат и част от решенията за национална сигурност. Съвременните спорове стават все по-електронни, защото страните се състезават за осведомително предимство, а радиосигналът от GPS спътниците е елементарен за спиране и заглушаване. По този метод във всеки актуален спор и двете страни ще се опитат взаимно да лишат врага от достъп до тези радиосигнали.

По-традиционните навигационни устройства, като инерционните системи, не са обект на разстройства, тъй като работят посредством прибавяне на ускорения и завъртания, с цел да мерят измененията в позицията. Следователно те могат да заменят GPS по време на спор. Въпреки това, всички направени неточности също се сумират, заради което учените се обръщат към атомните измервания, с цел да подсигуряват акуратност.

Министерството на защитата на Съединени американски щати се стреми да усъвършенства своите инерционни системи, с цел да преодолее тези провокации. Квантовият метод на основата на атоми, създаден от учени от ISI и други групи, има за цел да обезпечи измервания на ускорението без движещи се елементи.

Например, в случай че подводниците желаят да бъдат скрити и тихи в отбранителни сюжети, следенето на това, което вършат и по какъв начин се движат благодарение на инерционни системи, е всъщност единственият метод. Учените създават хрумвания за възстановяване на тези системи, с цел да станат по-малки и по-рентабилни.

Баланс сред елементарност и точност

Много е елементарно да спрете GPS да работи, тъй че инерционните датчици постоянно са потребни. Но към момента е жизненоважно за разработчиците да се оправят с казуса с размера, защото доста от тези датчици са почти с размерите на пералня.

Изследователите работят за основаването на компактни и енергийно ефикасни датчици без загуба на акуратност. Постигането на този внимателен баланс сред елементарност и точност е главната цел на учените и те се надяват, че напъните им един ден ще се трансфорат в действителни прототипи.

Атомните акселерометри са един образец за такива инерционни системи. Те към този момент се употребяват в датчици на самолети и кораби, които насочват придвижването през въздушното пространство и водата.

Акселерометрите и измервателните системи за наблюдаване на осцилаторните ускорения са проектирани да мерят дребни линейни ускорения в диапазона на естествените вибрационни честоти на строителни структури. Използват се в системи за наблюдаване на придвижванията на инженерни структури и геотехнически системи за инструментален надзор.

Съществуващите механични датчици обаче могат елементарно да се износят заради търкане, което води до годишна замяна и високи разноски.

В същото време квантовият акселерометър употребява атомна интерферометрия за премерване на ускорения по хоризонтална ос. Квантовите акселерометри са в положение да реализират композиция от сензитивност и непоклатимост посредством потреблението на квантова интерференция. Следователно те ще бъдат сериозни съставни елементи на квантово инерционно навигационно устройство, което ще разреши навигация без спътник с несравнима дълготрайна акуратност.

Основното преимущество на атомния акселерометър спрямо класическия е незначителният дрейф на изместването. Това разрешава на датчиците да вършат постоянни дълготрайни измервания, което отваря благоприятни условия за потреблението им в навигацията. Това леко отклоняване се дължи на обстоятелството, че измерванията могат да бъдат проследени посредством естествени константи, а самата система е вътрешно постоянна заради простотата на дизайна.