Kvantový kompas nahradí GPS

Britské ministerstvo obrany investuje milióny libier do vývoja technológie, ktorá by mala nahradiť navigačný systém GPS. Najskôr vo vojenskej a potom aj civilnej sfére až na úroveň smartfónov.

Motiváciou ministerstva je nefunkčnosť GPS systému pod vodou. Ponorky tak od momentu ponorenia využívajú na sledovanie svojej polohy akcelerometre. Tie zachytávajú každé otočenie a zmenu smeru ponorky. Po dni ponorenia je chyba tohto systému príliš veľká a dosahuje rádovo kilometre. 

Technológia nazývaná kvantový kompas umožní omnoho presnejšiu navigáciu ponoriek. Je založená na nobelovej cene za fyziku z roku 1997. Tá bola udelená za vývoj metód pre chladenie a zachytenie atómov laserovým svetlom. Veľmi chladný atóm sa pohybuje omnoho pomalšie ako atómy pri izbových teplotách. Molekuly vzduch okolo nás sa pohybujú rýchlosťami tisícok kilometrov za hodinu. Ak sa ich teplota zníži na -270 stupňov Celzia, rýchlosť je stále relatívne vysoká a dosahuje pár stoviek kilometrov za hodinu. Blížiac sa k absolútnej nule rýchlo klesá a pri teplotách jednej milióntiny stupňa Celzia nad absolútnou nulou už dosahuje rýchlosť len ~1km/h (25cm/s).

Pri chladení atómov na ultranízke teploty laserovým svetlom atómy pohlcujú fotóny svetla s opačnou rýchlosťou. Pri každom pohltení fotónu znížia svoju rýchlosť. Vo veľmi krátkom čase po pohltení fotónu atóm fotón vyžiari, tentoraz však už do náhodného smeru. Po mnohých opakovania tohto procesu sa teplota atómu výrazne zníži.

Takto ochladený atóm je mimoriadne citlivý na zmeny magnetického a gravitačného poľa Zeme. Keďže sa pohybuje pomaly, tak sú malé zmeny v jeho rýchlosti spôsobené pohybom zariadenia v ktorom je zachytený dobre merateľné. Z nich sa dá určiť zmena polohy celého zariadenia a tak navigovať s extrémnou presnosťou.

Obranné vedecké a technologické laboratórium (Defense Science and Technology Laboratory - DSLT) britského ministerstva obrany v Port Down vyvinulo takýto kvantový navigačný systém. Podľa Neila Stansfielda z DSLT sa súčasnej podobe vojde do "meter dlhej škatule od topánok". Výskum v DSLT sa aktuálne sústreďuje na miniaturizáciu zariadenia, aby bolo použiteľné aj vojakmi, nielen na palube ponoriek.

Zdroj: spacedaily.com