Znanstvenici sa Sveučilišta Colorado Boulder razvili su kvantni navigacijski uređaj koji detektira kretanje s iznimnom preciznošću sve do atomske razine. Ovaj interferometar koristeći atome ohlađene na samo milijarditi dio stupnja iznad apsolutne nule, može istovremeno mjeriti kretanje u tri dimenzije, što se ranije smatralo nemogućim. Ovo otkriće ima potencijal revolucionirati navigaciju podmornica, svemirskih letjelica i autonomnih vozila u situacijama kada GPS signali nisu dostupni ili su prekinuti.

Za razliku od tradicionalnih akcelerometara koji prate kretanje duž jedne osi, ovaj kvantni uređaj bilježi cjelokupnu sliku kretanja u trodimenzionalnom svijetu, a njegove implikacije sežu daleko izvan navigacije, nudeći nove alate za detekciju gravitacijskih valova, testiranje fundamentalne fizike, pa čak i potragu za tamnom tvari.

Uređaj funkcionira na principu Bose-Einsteinovog kondenzata, egzotičnog stanja materije. Kada se atomi podijele i ponovno spoje, stvaraju složene interferencijske uzorke koji služe kao jedinstveni potpisi za različite vrste kretanja. Sustav se ističe sofisticiranim mehanizmom očitavanja, generirajući 49-kanalni izlaz koji stvara jedinstvene obrasce za različite vektore ubrzanja. Znanstvenici su uspjeli dekodirati te kvantne interferencije i izvući podatke o ubrzanju na atomskoj razini preciznosti.

Razvoj uređaja zahtijevao je rješavanje iznimno složenog inženjerskog problema. Tim je koristio šest laserskih zraka za manipulaciju desecima tisuća atoma rubidija, a u svemu su pomogli algoritmi strojnog učenja za planiranje složenih sekvenci laserske kontrole potrebnih za učinkovito razdvajanje i ponovno spajanje atoma. Ovaj računalni pristup omogućio im je otkrivanje kontrolnih protokola za koje bi ljudskim eksperimentiranjem trebalo tisuće godina.

Kvantni pristup nudi nekoliko prednosti u odnosu na konvencionalne akcelerometre. Najvažnije je da atomi ne stare niti se degradiraju poput mehaničkih komponenti. Iako već sada uređaj mjeri ubrzanja nekoliko tisuća puta manja od Zemljine gravitacije, istraživači vide ogroman potencijal za daljnje poboljšanje osjetljivosti. Sustav također nudi neviđenu programabilnost, omogućujući rekonfiguraciju putem softvera za funkcioniranje kao akcelerometar, žiroskop ili gravitacijski gradijentometar.

NASA je već uložila 5.5 milijuna dolara u razvoj ove tehnologije, što ukazuje na njezin transformativni potencijal za navigacijske sustave u okruženjima bez GPS-a i za znanstvene instrumente. Istraživači vjeruju da će produljenjem vremena mjerenja i poboljšanjem učinkovitosti detekcije doći do dramatičnih poboljšanja osjetljivosti.