นาฬิกาควอนตัม

 

เนื่องจากเครื่องมืออุปกรณ์ทางการทหารในประเทศไทยทั้งหมดนั้นถูกสร้างให้ขึ้นกับระบบนำทางหนึ่งเดียวคือ GPS อีกทั้งการบริการที่สำคัญทั้งหมดไม่ว่าจะเป็นการช่วยเหลือเมื่อเกิดเหตุฉุกเฉิน, การใช้ไฟฟ้า, การนำทางยานยนต์, การควบคุมการจราจร และ อื่นๆ สิ่งเหล่านี้ล้วนแต่นำไปสู่ปัญหาซึ่งสุดท้ายจะก่อให้เกิดการล้มเหลวของระบบ GPS ด้วยเหตุนี้การประดิษฐ์นาฬิกาควอนตัม (Quantum clock) ขึ้นมาใช้เอง จะนำมาซึ่งมาตรวัดเวลาที่แม่นยำได้โดยที่ไม่ขึ้นกับระบบภายนอก และ สิ่งนี้จะถูกนำมาใช้ทางการทหารพร้อมกับการสื่อสารและการระบุตำแหน่งที่อิสระ เช่นเดียวกับการสร้างความทัดเทียมกับธุรกิจกิจการเจ้าของคนเดียวในระดับนานาชาติ

 

ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์

 

มาตราฐานความถี่รูบิเดียม

 

การเปลี่ยนสถานะพื้นในระดับไฮเปอร์ไฟน์ (hyperfine ground-state) ที่ความถี่ 6.834682610904324 จิกะเฮิรตซ์ (GHz) ในรูบิเดียมอะตอมได้ถูกนำมาใช้เพื่อสร้างมาตรความถี่ในระดับ 10 เมกะเฮิรตซ์ (MHz) ทั้งนี้ ชิ้นส่วนอุปกรณ์นี้ที่ถูกทำให้มีขนาดเล็กมากโดยมีน้ำหนักน้อยกว่าไฟแช็คนี้มีราคารวมค่าขนส่งไม่ถึงชิ้นละ 1,500 บาท!

 

เทคโนโลยีทางควอนตัม: ลำโฟตอนที่ปล่อยออกมาจากหลอดรูบีเดียมดิสชาร์จจะถูกกรองออกโดยใช้ตัวกรองที่อนุญาตให้แค่แสงสำหรับกระตุ้นธาตุรูบิเดียม 85 ผ่าน จากนั้นจะถูกนำไปเปลี่ยนระดับพลังงานของแก๊สรูบิเดียมในเซลล์แก้วไปที่สถานะพื้นที่สูงขึ้นในระดับไฮเปอร์ไฟน์ โดยสัญญานที่ถูกวัดด้วยเครื่องตรวจวัดแสงด้านหลังเซลล์แก้วจะมีค่าต่ำ แต่ด้วยการปรับความถี่ในย่านไมโครเวฟไปที่ความถี่สั้นพ้องของการเปลี่ยนสถานะของสถานะพื้นในระดับไฮเฟอร์ไฟน์ที่ความถี่ 6.834682610904324 จิกะเฮิรตซ์ (GHz) ความเข้มของแสงที่วัดได้จะเพิ่มขึ้นไปที่ค่าสูงสุด สุดท้ายแล้วสัญญานไมโครเวฟจะถูกลดทอนไปที่ค่า 10 เมกะเฮิรตซ์ (MHz) สำหรับใช้เป็นมาตรความถี่

 

ผลลัพธ์ต่อสังคมโดยตรง: การใช้งานฝูงโดรน (Drone swarm), การระบุตำแหน่งอุปกรณ์เคลื่อนที่, การจัดการแบตเตอรี่ขนาดเล็ก, การระบุตำแหน่งที่ใช้ในการยิงปืนใหญ่

 

การใช้ประโยชน์อื่นๆ: ความเที่ยงตรงในการทำการเกษตรและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคเคลื่อนที่ได้อื่นๆ

 

เทคโนโลยีควอนตัมทางเลือก: –

 

ระบบสนับสนุน: –

 

 

ภาพที่ 20 นาฬิกาอะตอมขนาดเล็ก แหล่งอ้างอิง: A Next-Generation, Miniaturized Rb Atomic Clock Reference for Mobile, GNSS-Denied Environments” นำเสนอที่งาน ION ITM 2020, the International Technical Meeting of The Institute of Navigation โดยจัดขึ้นที่ San Diego, California ระหว่าง Jan. 21–24, 2020.

 

การประยุกต์ใช้ด้านการป้องกันและความปลอดภัย

 

นาฬิกาควอนตัมตรรก / อะตอม / แลตทิซเชิงแสง

 

ในเวลาห้าปีที่ผ่านมา ความไม่แน่นอนในการสั่นของอะตอมนั้นเพิ่มขึ้นจาก 9.46×10-14 ต่อวินาที (Cesium clock) เป็น 2.11 × 10−19 ต่อวินาที (3D quantum gas strontium optical lattice clock) เทียบเป็นค่าเท่ากับความคลาดเคลื่อนในหลัก 0.1 วินาทีเมื่อเวลาผ่านไปเท่ากับอายุขัยของเอกภพ (15 พันล้านปี) ความแม่นยำของการระบุเวลาที่สูงมากนี้จึงสามารถทำให้ระบบการนำทางโดยใช้ GPS มีความแม่นยำในระดับละเอียดกว่ามิลลิเมตรอีกทั้งยังทำให้การตรวจจับการเคลื่อนที่ของวัตถุขนาดเล็กเป็นไปได้!

 

เทคโนโลยีควอนตัม: เทคโนโลยีนาฬิกาควอนตัมสามารถจำแนกได้ดังนี้ 1) นาฬิกาอะตอม: โดยใช้ไอออน/อะตอมไม่มีขั้ว 2) นาฬิกาไอออน: โดยใช้ไอออน 3) นาฬิกาน้ำพุอะตอม: โดยใช้อะตอมไม่มีขั้ว (จำเป็นต้องมีการป้องกันจากการแผ่รังสีของวัตถุดำ) 4) นาฬิกาลอจิกควอนตัม: โดยใช้ไอออนจากอะตอม 2 ชนิด ตัวอย่างเช่น ประจุอลูมีเนียม-ประจุแมกนิเซียม (โดยการประยุกต์ใช้การประมวลผลในการตัดสินใจจากควอนตัมคอมพิวเตอร์) 5) นาฬิกาโครงสร้างแบบตาข่าย: ใช้ระบบไอออนใน 1 มิติ/ ใช้ระบบอะตอมไม่มีขั้วใน 1-3 มิติ 6) นาฬิกาอะตอมเชิงแสง: โดยใช้ไอออน/อะตอมไม่มีขั้ว

 

            โดยที่ RCQT มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ได้ทำการทำความเย็นด้วยเลเซอร์และดักจับอะตอมเดี่ยวไม่มีขั้วในตาข่ายเชิงแสงที่ความยาวคลื่นพิเศษและด้วยการปรับค่าความถี่ของเลเซอร์ที่ใช้ไปที่ความถี่สั่นพ้องผนวกกับการเลือกการเปลี่ยนผ่านระดับพลังงานของอะตอมที่มีช่วงความถี่แคบ จะส่งผลให้การวัด,การแบ่ง และการส่งผ่านความถี่ของนาฬิกาไปที่ย่านความยาวคลื่นไมโครเวฟโดยใช้หวีความถี่ระดับเฟมโตวินาทีนั้นถูกทำได้อย่างเที่ยงตรง

 

ผลกระทบทางตรงต่อสังคม: ระบบ GPS

 

การใช้ประโยชน์อื่น ๆ: ทุกระบบที่ต้องการการปรับเวลาให้ตรงกันที่มีความเที่ยงตรงสูง

 

เทคโนโลยีควอนตัมทางเลือก: –

 

ระบบสนับสนุน: โหมดล็อคเลเซอร์ที่อ้างอิงตัวเอง (หวีความถี่ระดับเฟมโตวินาที), เมเซอร์

 

 

ภาพที่ 21 นาฬิกาอะตอมไม่มีขั้วในตาข่ายเชิงแสงแบบเคลื่อนย้ายได้

 

แหล่งอ้างอิง: https://www.ptb.de/cms/en/ptb/fachabteilungen/abt4/fb-43/ag-432.html