Menggunakan kuantum kuantum sebagai GPS, kedudukan yang tepat boleh dicapai walaupun di kawasan tanpa isyarat

Jalinan kuantum merujuk kepada fenomena gandingan khas yang berlaku antara zarah. Dalam keadaan terjerat, kita tidak boleh menerangkan sifat setiap zarah secara individu, tetapi hanya boleh menggambarkan sifat sistem keseluruhan Pengaruh ini tidak hilang dengan perubahan jarak, walaupun zarah dipisahkan oleh seluruh alam semesta.

Kajian baharu menunjukkan bahawa menggunakan mekanisme kuantum kuantum, penderia boleh menjadi lebih tepat dan lebih pantas dalam mengesan gerakan. Para saintis percaya penemuan itu boleh membantu membangunkan sistem navigasi yang tidak bergantung pada GPS.

Dalam kajian baharu yang dikemukakan dalam "Nature Photonics" oleh University of Arizona dan institusi lain, penyelidik menjalankan eksperimen ke atas penderia optomekanikal, yang menggunakan pancaran cahaya untuk mengganggu untuk bertindak balas. Penderia ini bertindak sebagai pecutan, yang boleh digunakan oleh telefon pintar untuk mengesan gerakan. Sebaliknya, pecutan pecutan juga boleh digunakan dalam sistem navigasi inersia di kawasan yang mempunyai isyarat GPS yang lemah, seperti di bawah tanah, di bawah air, di dalam bangunan, kawasan terpencil dan tempat di mana isyarat radio terganggu.

Kertas "Penderiaan optomekanikal yang dipertingkatkan belitan":

Pautan kertas: https://www.nature.com/articles/s41566-023-01178-0

Untuk menambah baik optomekanikal penderiaan Untuk meningkatkan prestasi, penyelidik telah mencuba menggunakan jalinan, yang dipanggil Einstein sebagai "tindakan menyeramkan pada jarak jauh." Zarah terjerat pada dasarnya adalah selari, tidak kira berapa jauh jaraknya.

Para penyelidik berharap untuk mempunyai prototaip cip pecutan terjerat dalam tempoh dua tahun akan datang.

Walaupun jalinan kuantum mengabaikan jarak, ia juga sangat terdedah kepada gangguan luar. Penderia kuantum mengeksploitasi sensitiviti ini untuk membantu mengesan sedikit gangguan dalam persekitaran sekeliling.

"Sebelum ini penyelidikan kami tentang penderiaan optomekanikal yang dipertingkatkan kuantum telah tertumpu terutamanya pada meningkatkan sensitiviti satu sensor," kata pengarang utama kajian itu, Quantum Physics di University of Arizona, Saintis Tucson Yi Xia berkata. "Walau bagaimanapun, kajian teoretikal dan eksperimen baru-baru ini telah menunjukkan bahawa jalinan boleh meningkatkan sensitiviti antara berbilang penderia, pendekatan yang dikenali sebagai pengesan kuantum teragih." pancaran laser. Pancaran cahaya dipantulkan oleh komponen yang dipanggil pengayun, dan sebarang pergerakan pengayun mengubah jarak yang dilalui cahaya dalam perjalanan ke pengesan. Sebarang perbezaan dalam jarak yang dilalui menjadi jelas apabila rasuk kedua bertindih dengan rasuk pertama. Jika penderia pegun, kedua-dua rasuk dijajarkan dengan sempurna; jika penderia bergerak, gelombang cahaya yang bertindih mewujudkan corak gangguan yang mendedahkan magnitud dan kelajuan pergerakan sensor.

Dalam kajian baharu ini, penderia daripada kumpulan Dal Wilson di Universiti Arizona menggunakan membran sebagai pengayun, yang berfungsi dengan baik seperti kepala dram yang bergetar selepas dipukul.

Di sini, daripada memancarkan pancaran tunggal pada satu pengayun, para penyelidik membelah pancaran laser inframerah kepada dua pancaran terjerat, yang dipantulkan daripada dua pengayun pada pengesan. Sifat cahaya terjerat ini pada asasnya membolehkan dua penderia menganalisis pancaran cahaya tunggal, bekerja bersama untuk meningkatkan kelajuan dan ketepatan.

"Kami boleh menggunakan jalinan untuk meningkatkan prestasi penderiaan daya berbilang penderia optomekanikal," kata pengarang utama kajian itu, Zheshen Zhang, seorang ahli fizik kuantum di Universiti Michigan, Ann Arbor.

Selain itu, untuk meningkatkan ketepatan peranti, penyelidik menggunakan apa yang dipanggil "cahaya termampat". Cahaya memerah mengambil kesempatan daripada prinsip utama fizik kuantum: Prinsip Ketidakpastian Heisenberg, yang menyatakan bahawa apabila kedudukan zarah ditentukan, momentumnya tidak pasti sama sekali jika momentumnya ditentukan, kedudukannya tidak pasti sama sekali. Cahaya yang diperah mengeksploitasi pertukaran ini untuk "memerah" atau mengurangkan ketidakpastian dalam pengukuran pembolehubah tertentu — dalam kes ini, fasa gelombang yang membentuk pancaran laser — sambil meningkatkan ketidakpastian dalam pengukuran pembolehubah lain, tetapi kajian Personel boleh diabaikan.

"Kami adalah salah satu daripada beberapa pasukan yang boleh mencipta sumber cahaya termampat dan sedang menerokainya sebagai asas bagi teknologi pengukuran ketepatan generasi akan datang," kata Zheshen Zhang.

Secara keseluruhannya, saintis dapat mengumpul ukuran yang 40 peratus lebih tepat dan 60 peratus lebih pantas daripada menggunakan dua rasuk yang tidak terikat. Tambahan pula, mereka mengatakan ketepatan dan kelajuan pendekatan ini dijangka meningkat apabila bilangan penderia meningkat.

"Penemuan ini bermakna kami boleh meningkatkan lagi prestasi penderiaan daya ultra ketepatan ke tahap yang belum pernah berlaku sebelum ini," kata Zheshen Zhang.

Penyelidik mengatakan bahawa penambahbaikan penderia optomekanikal bukan sahaja boleh membawa kepada sistem navigasi inersia yang lebih baik, tetapi juga membantu mengesan fenomena misteri seperti jirim gelap dan gelombang graviti. Jirim gelap ialah bahan halimunan yang dianggap membentuk lima perenam daripada semua jirim di alam semesta, dan mengesan kemungkinan kesan gravitinya boleh membantu saintis mengetahui sifatnya. Gelombang graviti adalah riak dalam fabrik ruang-masa yang boleh membantu mendedahkan misteri dari lubang hitam hingga Big Bang.

Seterusnya, saintis merancang untuk mengecilkan sistem mereka. Ia sudah mungkin untuk meletakkan sumber cahaya termampat pada cip yang hanya setengah sentimeter lebar. Dalam satu atau dua tahun akan datang, kita boleh menjangkakan untuk mempunyai cip prototaip yang termasuk sumber cahaya terperah, pemisah rasuk, pandu gelombang dan penderia inersia. "Ini akan menjadikan teknologi ini lebih praktikal, lebih berpatutan dan lebih mudah diakses," kata Zheshen Zhang.

Selain itu, pasukan penyelidik kini sedang bekerjasama dengan Honeywell, Makmal Pendorong Jet, NIST dan beberapa universiti lain untuk membangunkan unit pengukuran inersia dipertingkatkan kuantum skala cip. Zheshen Zhang berkata: "Visi kami adalah untuk menggunakan penderia bersepadu sedemikian dalam kenderaan autonomi dan kapal angkasa untuk mencapai navigasi yang tepat tanpa isyarat GPS.

Atas ialah kandungan terperinci Menggunakan kuantum kuantum sebagai GPS, kedudukan yang tepat boleh dicapai walaupun di kawasan tanpa isyarat. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!