Image
8.11.2018 1 Comments

Kvantoví fyzici vyvíjajú nový bezpečný spôsob navigácie, bezpečnejšej ako GPS

V roku 2015 Americká námorná akadémia rozhodla, že jej absolventi sa musia vrátiť do minulosti a naučiť sa navigovať podľa hviezd. Deväť rokov predtým táto požiadavka vypadla z osnov, pretože navigovanie pomocou GPS bolo jednoduché a ľahko použiteľné. Nedávno však bola dôvera akadémie v GPS otrasená. Výskumníkom sa totiž podarilo ovládnuť navigačný systém jachty v Stredomorí. Navyše existujú nelegálne rušičky signálu. Preto akadémia rozhodla, že jej námorní dôstojníci potrebujú záložný plán.

Inžinier Michael DiMario z Lockheed Martin prišiel s riešením – v takejto situácii pomôžu kvantové senzory. Približne pred piatimi rokmi DiMario a jeho tím vytvorili prototyp: valec s dĺžkou asi 30 centimetrov a s priemerom okolo 15 cm, obsahujúci kocku z umelého diamantu, sotva väčšiu ako kryštál soli. Diamant má v sebe špeciálne nečistoty; v jeho opakujúcej sa kryštalickej mriežke niekde chýba atóm uhlíka a susedný je nahradený atómom dusíka. Tieto prázdne miesta, označované ako NV centrá (nitrogen vacancy centers - NV centers) sa navzájom spájajú, aby vytvorili dvojicu podobnú molekule vnútri diamantu. Ukázalo sa, že ide o vynikajúce magnetické senzory.

Keď je diamant osvetlený zeleným laserom, NV centrum reaguje tým, že vyžaruje červené svetlo. V dôsledku efektov kvantovej mechaniky diamant vyžaruje viac alebo menej svetla v závislosti od magnetického poľa, v ktorom sa nachádza. Pri navigácii použil DiMariov tím takýto diamant na detekciu charakteristického vlnenia v magnetickom poli Zeme, známeho ako magnetické anomálie. Len čo senzor identifikuje anomáliu, použije ju ako referenčný bod na navigáciu.

V súčasnosti lode a lietadlá nepoužívajú magnetické anomálie na navigáciu, pretože väčšina magnetických senzorov môže merať len intenzitu poľa, a nie smer, ktorým pole pohybuje. Nové zariadenie však môže merať oboje. Keďže nie je potrebná komunikácia so satelitom, tento kvantový snímač je menej náchylný na hacking.

DiMario a jeho tím už otestovali navigačné schopnosti senzora počas letu. Ich zámerom je zmenšiť valček na veľkosť hokejového puku, aby sa dal použiť pre akýkoľvek druh dopravy ako nezávislá kontrola GPS. DiMario a jeho tím však nie sú jediní, ktorí pracujú na kvantovej navigácii. V laboratóriu Národného inštitútu pre štandardy a technológie v Colorade fyzik Azure Hansen pracuje na kvantovom gyroskope na snímanie rotačného pohybu.

Piloti v súčasnosti používajú istý typ gyroskopu, aby udržali lietadlo v letovej hladine, autonómne autá ho využívajú pri navigácii. No súčasné gyroskopy sa časom stávajú nepresnými. Preto piloti musia resetovať gyroskopy (väčšinou ide o automatizovaný proces) približne každú hodinu. Automatický reset funguje dobre – s výnimkou prípadu, keď sa pokazí. Kvantové gyroskopy by mohli byť spoľahlivejšie, pretože netrpia posunom, hovorí Hansen.

Hansenovo zariadenie sa veľkosťou hodí na stôl. Vnútri je sklená komora, menšia ako kocka cukru, ktorá obsahuje 8 miliónov atómov rubídia. Laser usmerňuje atómy, ktoré sa správajú skôr ako vlny, ktoré na seba narážajú v rybníku, než diskrétne častice. Kolízie vytvárajú zvlnený vzor, ​​ktorý vyzerá ako zväzok pruhov. Ak sa komora otáča, pruhy sa tiež otáčajú. Počet pruhov udáva stupeň rotácie; a obmeny vzorov dokonca odhalia silu zemského gravitačného poľa. "Tieto informácie o rotácii a meranie zemského gravitačného poľa môžu takisto slúžiť ako navigačný nástroj", hovorí Hansen.

Výskumníci však chcú využiť kvantové senzory aj na iné typy meraní. Chemik z NIST Jay Hendricks vyvinul tlakový senzor, ktorý využíva základné vlastnosti atómov hélia, ktoré by piloti lietadiel mohli použiť na meranie nadmorskej výšky. Snímač funguje tak, že vyžaruje laserový lúč do sklenej komory naplnenej héliovým plynom, ktorý mení farbu lasera v závislosti od vonkajšieho tlaku.

Verzia tohto zariadenia bola použitá na vytvorenie národného štandardu pre tlak, ktorý letecké spoločnosti použijú na kalibráciu všetkých snímačov tlaku. O zariadenie už prejavili záujem spoločnosti Boeing a Lockheed Martin. Hansen uznáva, že zmenšovanie a zdokonaľovanie týchto zariadení bude pravdepodobne trvať roky. Očakáva, že jeho gyroskop dorazí na trh v priebehu desaťročia a začne poskytovať bezpečnejšiu navigáciu na zemi, vo vzduchu, v mori a dokonca aj vo vesmíre.

Kvantová navigácia nemusí prekonávať presnosť súčasných nástrojov. „Ak sa v reálnych podmienkach môže dostať do 200-metrovej presnosti GPS, bude to obrovský úspech,“ hovorí DiMario o svojom magnetometri. Predpokladá, že navigačné systémy na lodiach a lietadlách budú naďalej používať predovšetkým GPS. Kvantové snímače by slúžili ako záloha.

Zdroj: wired.com.

Zobrazit Galériu
Autor: Redakcia

Nechajte si posielať prehľad najdôležitejších správ emailom

Mohlo by Vás zaujímať

Technológie 2

Čo znamená High Availability v Oracle databáze?

18.06.2019 00:10

Špeciálny projekt Čo znamená High Availability pre biznis? Aká je úroveň tolerovaného rizika? Aká strata dát je akceptovaná? Existujú aktuálne problémy so zálohou alebo reportovaním? Všetky tieto otá ...

Technológie

Americká armáda zaradí do výzbroje laserové zbrane a hypersonické rakety

13.06.2019 00:00

Americká armáda vyhlásila, že bude v priebehu nasledujúcich štyroch rokov pripravená na nasadenie hypersonických rakiet a laserových zbraní namontovaných na vozidlách, ak sa budú stupňovať technologic ...

Technológie 1

Dron Skai na vodíkový pohon prepraví ako lietajúci taxík až 4 cestujúcich

13.06.2019 00:00

Na zoznam spoločností vyvíjajúcich lietajúce autá sa pridal ďalší startup Alaka’i Technologies. Jeho lietadlo Skai sa môže používať podobne ako konkurenčné produkty v úlohe leteckého taxíka alebo na d ...

q

1 Comments

  1. plagiat reakcia na: Kvantoví fyzici vyvíjajú nový bezpečný spôsob navigácie, bezpečnejšej ako GPS
    8.11.2018 08:11
    DiMario sa asi inspiroval fyzikmi z Big Bang Theroy
    https://www.youtube.com/watch?v=vKDOdWD71D0
    Palo
    Reagovať

Vyhľadávanie

SWAN_062019

Najnovšie videá