В смартфонах, фитнес-трекерах и VR-гарнитурах можно найти крошечные датчики движения, отслеживающие их положение. Более крупные и точные версии таких датчиков, размером с грейпфрут, используются в навигации самолетов и кораблей благодаря GPS. Теперь ученые стремятся создать еще более точные датчики, чтобы снизить зависимость от спутников. Раньше такие устройства были бы огромными и дорогими, но недавние разработки сделали их компактнее и дешевле.
Исследователи из Sandia National Laboratories впервые применили компоненты кремниевых фотонных микрочипов для реализации квантовой технологии атомной интерферометрии — сверхточного метода измерения ускорения. Это важный шаг к созданию квантового компаса, который сможет работать без GPS-сигналов.
Недавно команда представила новый кремниевый фотонный модулятор, управляющий светом на микрочипе, в журнале Science Advances. Исследование поддержано программой Sandia и проводилось в центре National Security Photonics Center, где разрабатываются сложные фотонные решения для задач национальной безопасности.
Атомные интерферометры традиционно занимают много места — их система может заполнить целую комнату. Для квантового компаса, известного как инерциальная измерительная единица, нужно шесть таких устройств. Но команда Sandia активно работает над уменьшением их размера, веса и энергопотребления. Например, они уже заменили громоздкий вакуумный насос на компактную камеру размером с авокадо и упростили конструкцию лазерных компонентов.
Разработанный модулятор стал ключевым элементом лазерной системы на микрочипе. Он достаточно прочный, чтобы выдерживать вибрации, и заменяет традиционную лазерную систему, которая обычно размером с холодильник. Модулятор устраняет нежелательные сигналы, снижая их до минимальных значений, что делает его более эффективным.
Помимо размера, важную роль играет стоимость. Обычно каждый атомный интерферометр требует дорогой лазерной системы с модуляторами. Применение кремниевых фотонных чипов, которые производятся массово, делает эти компоненты доступнее и дешевле.
По мере того как технология приближается к массовому использованию, команда также рассматривает другие применения, такие как обнаружение подземных пустот и ресурсов через гравитационные аномалии, а также использование оптических компонентов в LIDAR, квантовых вычислениях и связи.
Главная цель исследователей — превратить атомные интерферометры в компактные и надежные квантовые компасы, способные работать в любых условиях. Технология уже показала свою эффективность и в будущем может стать стандартом навигации без зависимости от GPS.
