Система GPS уже давно стала тем, без чего многие из нас уже не могут обойтись, но она не всегда работает исправно. Часто она показывает неправильные направления, или отсутствует сигнал, когда мы вообще потерялись. Однако внимание: новая система, основанная на квантовой механике, может стать как раз тем, что нам нужно, возвращая нас на правильный путь и направляя туда, куда мы изначально шли.
Новая концепция квантового позиционирования будет использоваться на подводных лодках. GPS бесполезна под водой, поэтому там необходима лучшая система навигации. В настоящее время на подводных лодках используются акселерометры, которые измеряют движение, но такая система не точна, а во время боевых действий, точность имеет решающую важность.
В квантовых акселерометрах, однако, используется лазер для охлаждения атомов до температуры чуть выше абсолютного нуля. Этот лазер также закрывает атомы в вакууме, где второй луч следит за ними, измеряя их колебания, которые происходят, когда на атомы влияют внешняя сила – движения лодки. Эти измерения становятся вычислениями, которые ведут себя как GPS, и они не только определяют местонахождение лодки, но также прокладывают маршрут туда, куда планирует следовать судно.
Ученые надеются протестировать прототип квантового акселерометра на суше в следующем году и внедрить эту технологию на подводные лодки к 2016 году.
На создание сверхчувствительных квантовых акселерометров команду под руководством Нейла Стансфилда вдохновило открытие, удостоенное Нобелевской премии. Выяснилось, что лазеры способны захватывать в ловушку и охлаждать облако атомов, находящихся в вакууме, до долей градуса выше абсолютного нуля. После этого охлаждённые атомы достигают такого квантового состояния, в котором легко реагируют на возмущение внешней силой. Другой лазерный луч применяется для отслеживания этих возмущений, которые затем используются для расчета размера внешней силы.
Команда DSTL хочет использовать эту систему в реальном мире, установив её на подводные лодки, где размер силы возмущений будет соответствовать движению субмарины в море.
Пока прототип квантового акселерометра имеет размер метровой обувной коробки, в которой будут охлаждаться 1.000.000 атомов рубидия. После отработки технологии в плане миниатюризации, к 2015 году планируется создание полноценной трёхосевой системы, состоящих из трёх одинаковых акселерометров, и её наземные испытания.
Существенным недостатком подобной системы является, как это ни странно, именно её сверхчувствительность – квантовый акселерометр не может отличить крошечные гравитационные эффекты от ускорений, вызванных движением судна.
Если подводная лодка проходит возле подводной горы, гравитация которой притягивает её к западу, то система оценивает это как ускорение на восток. Поэтому потребуются очень хорошие гравитационные карты для правильной ориентировки.
Лаборатория DSTL не одинока в достижениях квантовой навигации: разработчики в США, Китае и Австралии преследуют ту же цель.
Квантовое позиционирование примерно в 1 000 раз более точное, чем система GPS, поэтому совершенно очевидно, что люди захотят его также использовать и в машинах, и на мобильных устройствах. Группа исследователей считает, что это все возможно, и что новая технология позволит также разработать квантовые акселерометры маленького размера для массового производства и использования. Возможно, нам действительно понадобилась бы такая система рано или поздно, так как GPS-спутники новее не становятся, и, скорей всего, когда-нибудь вообще перестанут работать.