ایالات متحده 'مادر همه حسگرهای حرکتی' را برای مقابله با پارازیت GPS در مناطق جنگی ایجاد می‌کند
دانشمندان در آزمایشگاه‌های ملی Sandia با یک پیشرفت در حسگرهای کوانتومی، گامی مهم به سوی ناوبری بدون GPS برداشته‌اند. آنها حسگری به نام 'مادر همه حسگرهای حرکتی' ساخته‌اند که به قدری دقیق است که می‌تواند وابستگی آمریکا به GPS را کاهش دهد.
این قابلیت در شرایطی که سیگنال‌های GPS دچار پارازیت یا تقلب می‌شوند یا در مناطق جنگی که نیروهای دشمن می‌توانند سیگنال‌های ماهواره‌ای را مختل کنند، بسیار حیاتی است.
'ناوبری دقیق در سناریوهای واقعی وقتی سیگنال‌های GPS موجود نیستند، چالش‌برانگیز می‌شود.' گفت دانشمند Sandia, جونگمین لی.
استفاده از مکانیک کوانتومی
دانشمندان به طور موفقیت‌آمیزی از اجزای میکروچیپ فوتونیکی سیلیکونی برای انجام اینترفرومتری اتم استفاده کرده‌اند. اینترفرومتری اتم یک تکنیک حسگری کوانتومی است که شتاب و سرعت زاویه‌ای را با دقت بی‌نظیری اندازه‌گیری می‌کند.
'با استفاده از اصول مکانیک کوانتومی، این حسگرهای پیشرفته دقت بی‌نظیری در اندازه‌گیری شتاب و سرعت زاویه‌ای فراهم می‌کنند و امکان ناوبری دقیق حتی در مناطق فاقد GPS را فراهم می‌کنند.' لی اظهار داشت.
به طور سنتی، حسگرهای مورد استفاده برای اینترفرومترهای اتم بزرگ بودند و اغلب کل اتاق را اشغال می‌کردند. تیم Sandia به طور موفقیت‌آمیزی این اجزا را کوچک‌سازی کرده است.
آنها یک مدولاتور فوتونیکی سیلیکونی با عملکرد بالا معرفی کرده‌اند.
برای توضیح، مدولاتورها دستگاه‌هایی هستند که خواص نور را کنترل می‌کنند، به ویژه فرکانس آن را. با این حال، آنها اغلب فرکانس‌های اضافی ناخواسته‌ای را همراه با فرکانس مورد نظر تولید می‌کنند. این فرکانس‌های اضافی به نام 'کناره‌های باند' شناخته می‌شوند و معادل پژواک در صدا هستند.
'مدولاتور تک‌نوار جانبی با حامل کاهش یافته Sandia این کناره‌های باند را به طور بی‌سابقه‌ای 47.8 دسی‌بل کاهش می‌دهد - یک اندازه که اغلب برای توصیف شدت صدا استفاده می‌شود اما در اینجا برای شدت نور نیز قابل اعمال است - که به یک کاهش نزدیک به 100,000 برابری منجر می‌شود.' این پژوهشگران در اطلاعیه خبری اظهار داشتند.
کاهش اندازه، عبور از موانع هزینه‌ها
این مدولاتور جدید، همراه با سایر پیشرفت‌ها مانند یک محفظه خلا کوچکتر و یک دستگاه تلفیقی، به کاهش اندازه، وزن و نیازهای توان این حسگرها کمک می‌کند.
'ما عملکرد را به طور چشمگیری نسبت به آنچه موجود است، بهبود داده‌ایم.' ابراز داشت دانشمند Sandia, آشوک کودیگالا.
هزینه از مدت‌ها پیش مانعی بزرگ در استفاده از دستگاه‌های ناوبری کوانتومی بوده است. به خصوص، سیستم‌های لیزری برای اینترفرومترهای اتم ضروری هستند و مدولاتورها یک جزء کلیدی از این سیستم‌های لیزری هستند.
'فقط یک مدولاتور جانبی تکی کامل، یک مدولاتور تجاری موجود، بیش از 10,000 دلار هزینه‌بردار است.' لی اشاره کرد.
رویکرد نوآورانه Sandia شامل کوچک‌سازی اجزا بر روی چیپ‌های فوتونیکی سیلیکونی است که به طور موثری هزینه‌ها را کاهش می‌دهد.
'ما می‌توانیم صدها مدولاتور را روی یک ویفر 8 اینچی بسازیم و حتی بیشتر بر روی یک ویفر 12 اینچی.' کودیگالا اظهار داشت. این چیپ‌ها می‌توانند با استفاده از همان فرآیندهایی که برای چیپ‌های کامپیوتری استفاده می‌شوند، به طور انبوه تولید شوند و آنها را به طور قابل توجهی مقرون به صرفه‌تر و در دسترس‌تر کنند.
گسترش کاربردها
در حالی که ناوبری یک تمرکز اصلی است، پتانسیل این تکنولوژی فراتر از آن است. این فناوری امیدواری برای شناسایی حفره‌ها و منابع زیرزمینی، بهبود سیستم‌های LIDAR، پیشرفت در محاسبات کوانتومی و انقلاب در ارتباطات نوری را به همراه دارد.
تیم Sandia به طور فعال در حال بررسی این کاربردهای متنوع است زیرا به کوچک‌سازی ادامه می‌دهند.
هدف آنها تبدیل اینترفرومترهای اتم به یک قطب‌نمای کوانتومی فشرده است که پل میان تحقیقات پایه و توسعه تجاری باشد.
'ما در کوچک‌سازی برای بسیاری از کاربردهای مختلف پیشرفت زیادی داشته‌ایم.' کودیگالا نتیجه گرفت.
این دستاورد نشانگر یک گام حیاتی به سوی توسعه یک قطب‌نمای کوانتومی است که حتی وقتی سیگنال‌های GPS در دسترس نیستند، قادر به ناوبری باشد.
