การวัดอัตราเร่งเชิงควอนตัม

 

การวัดการแทรกสอดเชิงควอนตัมอาศัยการสอดคล้องกันของสถานะทับซ้อน โดยเมื่อส่วนที่กระทำการแทรกสอดนั้นเป็นอะตอมเย็นแทนที่จะเป็นแสง การควบคู่ที่แข็งแรงกับสิ่งแวดล้อมอันเนื่องมาจากสภาพการเกิดขั้ว โมเมนต์แม่เหล็ก และ  ภาคตัดขวางการกระเจิง ที่ให้ค่าสูงของอะตอมเย็น ทำให้ได้มาซึ่งเครื่องมือวัดที่มีความไวและความแม่นยำที่ดีที่สุดในปัจจุบัน

 

การกำหนดพิกัดบนโลกและในอวกาศ

 

การนำทางในความมืด

 

เมื่อไรที่สัญญาณติดต่อระหว่างแสงกับดาวเทียมสูญหายหรือห่างไกลเกินที่จะติดต่อกันได้ เมื่อนั้นการนำทางก็จะล้มเหลวทันที เครื่องวัดความเร่งของการเคลื่อนที่เชิงควอนตัมที่บอกระยะห่างสัมบูรณ์จากจุดตั้งต้นที่กำหนดไว้ด้วยความแม่นยำภายในเวลาที่กำหนด จะสามารถทำให้ห้องนักบินอยู่ในโหมดพรางตัวอย่างสมบูรณ์โดยปราศจากการขึ้นกับระบบกำหนดตำแหน่งฐานดาวเทียม ตำแน่งของยานพาหนะที่ได้บันทึกไว้ด้วยความแม่นยำมากกว่าหนึ่งพันเท่าของเทคโนโลยีที่มีอยู่ในปัจจุบัน บ่งบอกถึง ความถูกต้องในระยะยาว อันยากจะเทียบได้ (< 2 กิโลเมตร หลังจาก 1 เดือน) โดยไม่จำเป็นต้องเทียบกับค่าอ้างอิงภายนอกอีกครั้ง

 

เทคโนโลยีควอนตัม: อะตอมเย็นด้วยเลเซอร์ชนิดรูบิเดียม-85 ตกอย่างอิสระภายในระบบสุญญากาศระดับสูงในเวลาเดียวกับที่ห้วงแสงรามานนั้นทำการแบ่งแยกกลุ่มอะตอม สลับสถานะ และนำกลุ่มอะตอมกลับมารวมกันอีกครั้ง  ณ หน้าต่างสังเกตการณ์สุดท้าย ฟังก์ชันคลื่นของสองเส้นทางที่แยกจากกันได้กลับมาแทรกสอดกันและจำนวนอะตอมในสถานะพื้นกับสถานะพื้นกึ่งเสถียรจึงได้รับการตรวจวัด  หลังจากทำการทดลองเดิมซ้ำๆหลายครั้งก็จะสามารถดึงค่าสัมบูรณ์ของอัตราเร่งจากแรงโน้มถ่วงโลก (g) ที่ผ่านการเฉลี่ยทางสถิติออกมาและสามารถใช้เฝ้าสังเกตอย่างต่อเนื่อง บันทึกของค่าความเร่งในช่วงเวลาต่างๆจากทั้งสามแกนตำแน่งจะถูกนำมารวมกันเพื่อหาความเร็วขณะหนึ่งและระยะห่างจากจุดตั้งต้น

 

ผลกระทบทางตรงต่อสังคม: ยานพาหนะแบบพรางตัว  ดาวเทียมเข้าถึงไม่ได้สำหรับเรือดำน้ำแบบจมมิด โครงสร้างพื้นฐานการขนส่งลำเลียงน้ำมันที่อันตราย  การนำทางยานอวกาศความแม่นยำสูง

 

การใช้ประโยชน์อื่น ๆ: การนำทางสัมพันธ์กับแรงเฉื่อย (หรือ การนำทางเฉื่อย) เช่น เครื่องวัดระดับความแตกต่างของแรงโน้มถ่วงโลก หัวข้อวิจัย เช่น พลังงานมืด และคลื่นความโน้มถ่วง

 

เทคโนโลยีควอนตัมทางเลือก: –

 

ระบบสนับสนุน: เครื่องวัดความดัน (ความลึก/ความสูง) เข็มทิศแม่เหล็ก (วัดตามเข็มนาฬิกาจากขั้วแม่เหล็กเหนือ) ที่จดบันทึกความเร็วดอปเปลอร์ (ความเร็ว)  ตัวรับสัญญาณใต้ทะเล (ในระยะที่รู้พิกัด)  ระบบกำหนดพิกัดโลก (ตำแหน่ง ความเร็ว การวางตัว)  ตัวกรองคาลมาน (การประมาณสถานะ)

 

*หมายเหตุ 1) ทั้งสองห้วงแสงเป็นรามานแบบสองโฟตอน 2) ห้วงแสงทั้งหมดคือ Pi 3) เส้นทางสำหรับกลุ่มอะตอมทั้งสองคือ การเตะจาก IF1> => IF2> จากนั้นหน่วง IF2> => IF1> ตามด้วยการเตะ IF1> => IF2> 4) เลเซอร์หมุนไปกับยานพาหนะ เช่นเดียวกับ การเลื่อนเฟสของแสง ซึ่งจะมีผลกับบริเวณที่โอบล้อมปิดเป็นวงเมื่อมีการปฏิสัมพันธ์กับเหล่าอะตอม 5) ยุงที่กำลังบินในรถไม่รับรู้ถึงการหมุนของรถแต่อะตอมในสุญญากาศ หรือ คลื่นสสารในสุญญากาศจะเคลื่อนที่ไปกับเซลล์แก้วที่บรรจุอะตอม

 

 

ภาพที่ 18 เครื่องวัดความเร่งอะตอมเย็น ที่ อิมพีเรียล คอลเลจ ลอนดอน และ ที่ เอ็ม สแควร์ ประเทศอังกฤษ สำหรับระบบนำทางควอนตัมของเรือดำน้ำ อ้างอิง: https://www.osa-opn.org/home/articles/volume_30/september_2019/features/quantum_sensors_a_revolution_in_the_offing/