Как найти дорогу без спутников: новый квантовый датчик для навигации
Спутниковая навигация — удобный и точный способ определить свое местоположение на Земле. Но что делать, если сигналы спутников недоступны или подвержены помехам? Ученые из Имперского колледжа Лондона разработали прототип квантового датчика, который может работать без спутников и обеспечить высокую точность навигации в любых условиях.
Спутниковая навигация основана на глобальной системе позиционирования (GPS), которая использует сигналы от спутников, вращающихся вокруг Земли. Эти сигналы позволяют определить расстояние до спутников и вычислить координаты на поверхности планеты. Однако этот метод имеет свои ограничения. Спутниковые сигналы могут быть заблокированы высокими зданиями, горами или деревьями. Они также могут быть искажены атмосферой, солнечной активностью или искусственными помехами. Кроме того, спутниковая навигация зависит от работы и обслуживания спутников, которые могут выходить из строя или терять связь.
Альтернативой спутниковой навигации является автономная навигация, которая опирается на измерение скорости и ускорения объекта с помощью акселерометров и гироскопов. Эти приборы позволяют рассчитать перемещение объекта относительно начальной точки без внешних эталонов. Однако такие приборы также имеют свои недостатки. Они склонны к дрейфу, то есть постепенному увеличению ошибки измерения со временем. Поэтому они требуют регулярной калибровки по данным со спутника или другого источника.
Для решения этих проблем ученые разрабатывают новый тип акселерометра на основе квантовой физики. Квантовый акселерометр использует ультрахолодные атомы для проведения точных измерений ускорения. При охлаждении до сверхнизких температур атомы проявляют свою квантовую природу, то есть ведут себя как волны, а не как частицы. Это позволяет использовать лазерные импульсы для создания оптической линейки, по которой можно измерять перемещение атомов.
Квантовый акселерометр имеет ряд преимуществ перед обычными акселерометрами. Он не подвержен дрейфу, так как не зависит от механических или электрических элементов, которые могут изнашиваться или деформироваться. Он также не требует вакуумной системы для поддержания ультрахолодных атомов, так как использует специальную технологию лазерного охлаждения и захвата атомов. Кроме того, он может работать в широком диапазоне температур и вибраций.
Ученые из Имперского колледжа Лондона представили прототип квантового акселерометра в 2018 году. С тех пор они совершенствовали его до такой степени, что его можно было испытать в реальных условиях. В мае 2021 года они установили квантовый акселерометр на борту нового исследовательского корабля Королевского флота XV Patrick Blackett и провели серию экспериментов в Лондоне.
— профессор Питер Хейнс, директор Центра квантовой инженерии, науки и технологий (QuEST) в Имперском колледже Лондона.
Квантовая навигация может иметь множество применений в различных областях, таких как геодезия, геология, археология, оборона и безопасность. Она может помочь обнаруживать подземные структуры и объекты разного размера и состава, от природных до искусственных. Она также может повысить устойчивость к помехам и атакам на спутниковую навигацию.
Спутниковая навигация основана на глобальной системе позиционирования (GPS), которая использует сигналы от спутников, вращающихся вокруг Земли. Эти сигналы позволяют определить расстояние до спутников и вычислить координаты на поверхности планеты. Однако этот метод имеет свои ограничения. Спутниковые сигналы могут быть заблокированы высокими зданиями, горами или деревьями. Они также могут быть искажены атмосферой, солнечной активностью или искусственными помехами. Кроме того, спутниковая навигация зависит от работы и обслуживания спутников, которые могут выходить из строя или терять связь.
Альтернативой спутниковой навигации является автономная навигация, которая опирается на измерение скорости и ускорения объекта с помощью акселерометров и гироскопов. Эти приборы позволяют рассчитать перемещение объекта относительно начальной точки без внешних эталонов. Однако такие приборы также имеют свои недостатки. Они склонны к дрейфу, то есть постепенному увеличению ошибки измерения со временем. Поэтому они требуют регулярной калибровки по данным со спутника или другого источника.
Для решения этих проблем ученые разрабатывают новый тип акселерометра на основе квантовой физики. Квантовый акселерометр использует ультрахолодные атомы для проведения точных измерений ускорения. При охлаждении до сверхнизких температур атомы проявляют свою квантовую природу, то есть ведут себя как волны, а не как частицы. Это позволяет использовать лазерные импульсы для создания оптической линейки, по которой можно измерять перемещение атомов.
Квантовый акселерометр имеет ряд преимуществ перед обычными акселерометрами. Он не подвержен дрейфу, так как не зависит от механических или электрических элементов, которые могут изнашиваться или деформироваться. Он также не требует вакуумной системы для поддержания ультрахолодных атомов, так как использует специальную технологию лазерного охлаждения и захвата атомов. Кроме того, он может работать в широком диапазоне температур и вибраций.
Ученые из Имперского колледжа Лондона представили прототип квантового акселерометра в 2018 году. С тех пор они совершенствовали его до такой степени, что его можно было испытать в реальных условиях. В мае 2021 года они установили квантовый акселерометр на борту нового исследовательского корабля Королевского флота XV Patrick Blackett и провели серию экспериментов в Лондоне.
Квантовый акселерометр — это новаторская технология, стоящая в авангарде квантовых инноваций. Он может преобразовать навигацию, сделав ее более точной и безопасной
— профессор Питер Хейнс, директор Центра квантовой инженерии, науки и технологий (QuEST) в Имперском колледже Лондона.
Квантовая навигация может иметь множество применений в различных областях, таких как геодезия, геология, археология, оборона и безопасность. Она может помочь обнаруживать подземные структуры и объекты разного размера и состава, от природных до искусственных. Она также может повысить устойчивость к помехам и атакам на спутниковую навигацию.
- Евгения Бусина
- The Imperial College London
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
3700-летний вирус, спрятанный в средневековых книгах, только что убил 500 тысяч животных
Сколько еще патогенов дремлет в библиотечных хранилищах Европы и России, точно не скажет ни один ученый...
«Этого не должно происходить»: что ученые нашли в облаках Венеры
Там возможны абсолютно другие, просто невероятные формы жизни. И эксперименты это доказали...
Молилась и убивала: какой диагноз ставят Салтычихе психиатры и психологи?
Ученые говорят: феномен жестокости самой страшной помещицы России разгадан, но......
Супервспышка-1947: тогда Земля избежала триллиона бомб. Но успокоилось ли Солнце?
Астрофизики говорят, что нам очень повезло со звездой. Но шансы на глобальную катастрофу все-таки есть...
Поделили Москву на «зоны влияния»: генетики рассказали, как живут крысиные «народы» столицы
Почему московские грызуны оказались «неуязвимыми мутантами» и зачем им реки для жизни?...
Карта 1587 года и Ноев ковчег: почему место совпало с раскопками на Арарате?
Длина «судна», кстати, тоже совпала, и это не может не настораживать...
«Выстрел» прямо в Землю: астрономы обнаружили черную дыру, выбрасывающую струю в сторону нашей планеты
Ученые рассказали, как это поможет разгадать важную космическую тайну...
Камчатка 1000 лет назад: археологи заглянули в исчезнувший мир из космоса
Предков этих людей изгнало мощное извержение вулкана, но через столетия они вернулись в родные земли...
Жизнь за пределами Земли: что рассказала ученым межзвездная комета 3I/ATLAS?
Объект настолько древний, что его возраст крайне сложно представить. И это не единственная загадка пришельца из глубокого космоса...
Нашли тайную комнату в гробнице Тутанхамона: почему там может быть Нефертити?
Если гипотеза подтвердится, это будет крупнейшее археологическое открытие современной эпохи...
Астрономы поймали сигнал из космоса: пришельцы или помеха?
И почему главная проблема в том, что мы мастерски сами себе мешаем за пределами Земли?...
928 разбросанных костей в Гёбекли-Тепе: спустя 30 лет раскопок тайна древнейшего храма наконец-то раскрыта
Однако археологи признаются: от открытия им проще не стало. Напротив, все еще больше запуталось...
Черная смерть — двигатель прогресса: как эпидемия чумы в корне поменяла ход истории в Европе
Неожиданно: книгопечатание, отмена крепостного права, раскол западного христианства — это лишь немногие последствия пандемии...
Тихий океан стал вести странно: молодая вода быстро стареет, а старая, наоборот, молодеет. В чем причина?
Особенно страдает северная часть океана. Но и есть хорошая новость...
Не хуже Тутанхамона: почему сокровища забытых цариц из Ассирии поразили ученых?
Особенно загадочной оказалось гробница II, причем ее тайна до конца не раскрыта и по сей день...
Таинственные пещерные иероглифы в Мексике раскрывают давно потерянную письменность
Оказалось, что разгадки лучше всего искать не в городах, а на склонах гор в глуши...