Amerikalı bilim adamları, yeraltı yapıları için görüntülemeyi önemli ölçüde artırabilecek yeni bir bisiklet tipi türü geliştirdiler. Sistem bir tür kuantum sensörüdür, nesnelerin kuantum mekanik özelliklerinin bir ölçüm cihazı olarak kullanıldığı bir işlemdir. Sistemin içinde, bir cam hücrede yansıyan radyo dalgalarını tespit edebilen bir atom bulutu var. Mevcut prototip sistemi ile ekip arkeolojik kazılara yardımcı olabilir, doğal gaz yatakları açabilir ve inşaat işleri yapılmadan önce yeraltı tedarik hatlarını tanıyabilir.
Yeni radarı farklı kılan şey
Geleneksel radar cihazlar gibi, cihaz da nesnelerle yansıtılan radyo dalgaları gönderir. Yansıtılan dalgaların geri dönmesini gerektiren süreyi ölçerek, bir nesnenin nerede bulunduğu belirlenebilir. Geleneksel radar cihazlarda, yansıtılan dalgalar genellikle büyük antenlerle kaydedilir. Kuantum radarında ise radyo dalgaları ve tekrar gelen nükleer bulut arasındaki etkileşim belirlenir.
Cihazın mevcut sürümü hala oldukça hantaldır, çünkü araştırmacılar testleri kolaylaştırmak için SO olarak adlandırılan optik bir tablodaki bileşenlere bağladılar. Bununla birlikte, kuantum radarının daha sonra geleneksel tasarımlardan önemli ölçüde daha küçük olabileceğini varsayarlar. Araştırma ekibinin bir üyesi olan Maryland'deki Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) fizikçi Matthew Simons, “Sinyali almak için büyük metal yapı yerine, bu küçük cam hücreyi şimdi yaklaşık bir santimetre boyunda olan nükleer bulutla kullanabiliriz.” Diyor. NIST ayrıca radarı geliştirirken Armaments şirketi RTX ile çalıştı.
Radar sisteminin kuantum bileşeni görevi gören cam hücre, oda sıcaklığında tutulan sezyum atomları ile doldurulur. Araştırmacılar, her bir sezyum atomunun neredeyse bir bakterinin büyüklüğüne, yani normalden yaklaşık 10.000 kat daha büyük olmasına izin vermek için lazerler kullanırlar. Bu şişirilmiş durumdaki atomlara Rydberg atomları da denir.
Tam olarak 4.7 santimetreye kadar
Olan radyo dalgaları Rydberg atomlarına çarptığında, elektronların çekirdeklerinin etrafındaki dağılımını rahatsız ederler. Araştırmacılar, lazer ışığını atomlara odaklayarak bu rahatsızlığı tanıyarak ışık yaymalarını sağlayabilirler. Atomlar bir radyo dalgası ile etkileşime girdiğinde, yayılan ışığın rengi değişir. Renk spektrumunu izleyerek, atomlar bir radyo alıcısı olarak kullanılabilir. Varşova Üniversitesi fizikçisi Michał Parniak, Rydberg atomlarının fiziksel düzenlemelerini değiştirmek zorunda kalmadan geniş bir frekans aralığına duyarlı olduğunu söylüyor. Bu, tek bir kompakt kuantum radar cihazının potansiyel olarak farklı uygulamalar için gerekli olan tüm frekans bantlarında çalışabileceği anlamına gelir.
Simons'un etrafındaki ekip, kuantum radarını özel olarak tasarlanmış bir odada, zemin, tavan ve duvarları sarkıt ve dikit gibi görünen konik köpük elemanları ile test etti. Köpük, tepe radyo dalgalarının neredeyse hiçbirini yansıtmaz, ancak onları emer. Bu, büyük bir açık alanın etkisini simüle eder, böylece grup duvarlar üzerindeki istenmeyen yansımalar olmadan radarın görüntü yeteneğini test edebilir.
Grup, odanın dışındaki optik masaya bağlanan Rydberg atom makbuzu ile birlikte odaya bir radyo dalgası vericisi yerleştirdi. Radyo dalgalarını yaklaşık kağıt boyutunda bakır plaka, bazı borular ve odada çelik bir çubuk üzerinde, her biri beş metreye kadar yönlendirdiler. Radar ile nesneleri 4,7 santimetreye bulabildiler. Ekip, Haziran ayı sonunda Preprint Server ARXIV'teki araştırmaları hakkında bir makale yayınladı.
Çalışma, kuantum radarını ticari bir üretime yaklaştırıyor. Parniak, “Bu gerçekten bu unsurları zarif bir şekilde birleştirmekle ilgili” diyor. Diğer araştırmacılar daha önce Rydberg atomlarının radyo dalga dedektörleri olarak nasıl işlev görebileceğini göstermiş olsa da, grubu resepsiyon sistemini cihazın geri kalanına daha zarif bir şekilde entegre etti. Diğer radar uygulamaları da ilginç kabul edilir. Parniak çevresindeki ekip yakın zamanda araç radar sistemleri için çiplerdeki hataları düzeltmek için radyo frekanslarını ölçmek için bir Rydberg atom sensörü geliştirdi. Araştırmacılar ayrıca radarın toprak nemini ölçmek için Rydberg atomu alıcıları ile kullanılıp kullanılamayacağını incelediler.
Kuantum bilişim için öğrenme
Yeni cihaz sadece bir kuantum sensörü örneğidir, kuantum fiziğinin yöntemlerinin geleneksel cihazlara yerleştirildiği bir teknolojidir. Örneğin, ABD hükümeti, GPS olmadan navigasyon için yararlı olacak olan rotasyonu ölçmek için atomların dalga özelliklerini kullanan jiroskoplar geliştirmiştir. Araştırmacılar ayrıca, örneğin biyomedikal uygulamalar için manyetik alanları ölçmek için elmaslarda kirleticiler kullanan kuantum sensörleri geliştirdiler.
Kuantum sensörlerinin bir avantajı, çekirdek bileşenlerinin doğal tutarlılığıdır. Bir cihazdaki her sezyum atomu aynıdır. Ek olarak, radyo alıcısı asla değişmeyen bu atomların temel yapısına dayanmaktadır. NIST araştırmacısı Simons, atomların özellikleri “doğrudan temel sabitlerle bağlantılı olabilir” diyor. Bu nedenle, kuantum sensörleri kantum tabanlı olmayan ürünlerinden daha az kalibrasyon gerektirmelidir.
Hükümetler, benzer bileşenlerden oluşan dünya çapında kuantum sensörleri ve kuantum bilgisayarların geliştirilmesine milyarlarca yatırım yapmışlardır. Geleneksel bir bilgisayardaki bitlere karşılık gelen kubit olarak Rydberg atomlarını kullanan kuantum bilgisayarlar zaten var. Bu şekilde, kuantum sensörlerindeki ilerleme potansiyel olarak kuantum bilişiminde ilerlemeye yol açabilir ve bunun tersi de geçerlidir. Parniak kısa süre önce Rydberg atomlarına dayalı sensörünü geliştirmek için kuantum bilişimden bir hata düzeltme teknolojisini uyarladı.
Araştırmacılar, böyle bir sistem ticari olarak kullanılabilmeden önce kuantum radarının gelişimini ilerletmeye devam etmelidir. Örneğin, cihazın daha zayıf sinyaller için hassasiyetini optimize etmek için çalışmalısınız, bu da cam hücrenin kaplamasında iyileşme gerektirebilir. Simons, “Ancak bunun tüm radar uygulamalarının yerini alacağına inanmıyoruz” diyor. Bunun yerine, teknolojiyi özellikle kompakt cihazların gerekli olduğu belirli senaryolar için yararlı olarak görüyor.
Bu yazı ilk olarak t3n.de.
(JLE)
Bir yanıt yazın