Sandia Labs verkleint kwantumnavigatie tot chipgrootte; doorbraak in GPS-vrije plaatsbepaling

Onderzoekers van Sandia National Labs hebben geminiaturiseerde optische chips gemaakt die een revolutie teweeg kunnen brengen in de kwantumnavigatietechnologie. Deze chips maken de ontwikkeling mogelijk van aanzienlijk kleinere kwantumsensoren voor nauwkeurige plaatsbepaling zonder afhankelijk te zijn van GPS-satellieten.

Traditionele bewegingssensoren van navigatiekwaliteit, ongeveer zo groot als een grapefruit, zijn voor geleiding afhankelijk van GPS-signalen. Kwantumnavigatie daarentegen maakt gebruik van atoominterferometers om positie en beweging onafhankelijk te volgen. Voor eerdere kwantumsystemen was echter apparatuur ter grootte van een kamer nodig om zes grote atoominterferometers in onder te brengen.

De doorbraak van het Sandia-team bestaat uit het maken van ultracompacte optische chips die kwantumnavigatiesensoren van stroom voorzien. Deze chips integreren fotonische circuits ter vervanging van lompe lasersystemen die gewoonlijk in atoominterferometers worden gebruikt. Het resultaat is een pakket dat klein genoeg is om op grote schaal te worden ingezet.

Een belangrijk onderdeel van deze innovatie is een modulator die in staat is om meerdere laserfrequenties van één enkele bron nauwkeurig te regelen en te combineren. Hierdoor is het niet meer nodig om afzonderlijke lasers te stapelen, waardoor de grootte en complexiteit nog verder afnemen.

Naast miniaturisatie bieden de nieuwe chips een verbeterde duurzaamheid tegen trillingen en schokken, waardoor ze mogelijk ingezet kunnen worden in veeleisende omgevingen die ongeschikt zijn voor de huidige modellen.

Een ander belangrijk voordeel is de kostenbesparing. Terwijl bestaande kwantumnavigatiesystemen onbetaalbaar duur kunnen zijn, met afzonderlijke lasermodulatoren die meer dan $10.000 kosten, wil het Sandia-team halfgeleiderproductietechnieken gebruiken voor massaproductie. Deze aanpak kan de kosten drastisch verlagen en de toegankelijkheid vergroten.

Jongmin Lee, een wetenschapper bij Sandia, benadrukte het belang van het verminderen van de afhankelijkheid van GPS, waarbij hij opmerkte dat satellietsignalen verstoord of vervalst kunnen worden, wat risico's oplevert voor militaire operaties en geautomatiseerde transportsystemen.

De potentiële toepassingen gaan verder dan navigatie. Het team onderzoekt hoe deze kwantumsensoren subtiele gravitatieveranderingen kunnen detecteren en ondergrondse bronnen en structuren in kaart kunnen brengen.

Dit baanbrekende onderzoek stond op als voorpagina van het tijdschrift Science Advances in het tijdschrift Science Advances, waarmee het belang voor kwantumtechnologie en navigatie wordt onderstreept.