خلاصه خبر:
محققان آزمایشگاه‌های ملی سندیا به پیشرفتی مهم در توسعه سیستم ناوبری بسیار دقیق و بدون نیاز به GPS دست یافته‌اند. آنها از اجزای میکروچیپ فوتونیک سیلیکونی برای اجرای اینترفرومتری اتمی، یک تکنیک دقیق برای اندازه‌گیری شتاب، استفاده کرده‌اند. این پیشرفت به ایجاد یک قطب‌نمای کوانتومی فشرده کمک می‌کند که برای ناوبری در محیط‌هایی که سیگنال‌های GPS در دسترس نیستند، مانند مناطق جنگی، حیاتی است. تیم سندیا مدولاتور فوتونیک سیلیکونی جدیدی توسعه داده که اندازه‌اش تنها ۸ میلی‌متر است و نویزهای ناخواسته را به میزان ۴۷.۸ دسی‌بل کاهش می‌دهد. این فناوری علاوه بر ناوبری، پتانسیل استفاده در LIDAR، محاسبات کوانتومی و ارتباطات نوری را نیز دارد و می‌تواند با هزینه کمتر به صورت انبوه تولید شود.
توضیحات تکمیلی:
محققان آزمایشگاه ملی ساندیا به یک نقطه عطف بزرگ در حسگری کوانتومی دست یافته‌اند و یک سیستم ناوبری بسیار دقیق و بدون GPS را با استفاده از اجزای ریزتراشه فوتونیک سیلیکونی برای انجام تداخل سنجی اتمی توسعه دادند. این تکنیک، که دقیقا شتاب را اندازه گیری می کند، برای هدف آنها برای ایجاد یک قطب نمای کوانتومی فشرده - یک واحد اندازه گیری اینرسی کوانتومی (QIMU) - برای ناوبری در محیط هایی که سیگنال های GPS در معرض خطر هستند، مانند مناطق جنگی، کلیدی است.
به طور سنتی، تداخل سنج اتمی، که از اتم های خنک شده با لیزر برای تشخیص تغییرات جزئی حرکت استفاده می کند، بزرگ و پرقدرت است و اغلب یک اتاق کوچک را پر می کند. یک قطب نمای کوانتومی کامل به شش تداخل سنج نیاز دارد. با این حال، تیم Sandia پیشرفت های قابل توجهی در کوچک سازی داشته است. آنها یک پمپ خلاء حجیم را با یک محفظه خلاء کوچک به اندازه آووکادو جایگزین کردند و اجزای مختلف را در یک دستگاه منفرد و سفت ادغام کردند.
محور نوآوری آنها یک مدولاتور فوتونیک سیلیکونی جدید است، یک تراشه مدولاتور چهار کاناله تک باند که در هر طرف فقط 8 میلی متر اندازه دارد. این مدولاتور که برای کنترل نور روی یک ریزتراشه حیاتی است، با کاهش نویز باند جانبی ناخواسته به میزان 47.8 دسی بل - تقریباً 100000 برابر - از فناوری موجود بهتر عمل می کند. چنین دقتی برای عملکرد تداخل سنج‌های اتمی ضروری است که برای اندازه‌گیری دقیق به لیزرها برای دستکاری حالت‌های اتمی متکی هستند.
از نظر هزینه، یک مدولاتور تک باند با اندازه کامل و تجاری موجود معمولاً بیش از 10000 دلار است. رویکرد تیم، که شامل ساخت این مدولاتورها بر روی یک ویفر 8 یا 12 اینچی است، هزینه‌های تولید را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد و این فناوری را برای استفاده گسترده‌تر در دسترس و کاربردی‌تر می‌کند. این قابلیت تولید انبوه برای توسعه دستگاه های ناوبری کوانتومی مقرون به صرفه بسیار مهم است.
تراشه‌های فوتونیک سیلیکونی آنها به اندازه کافی مقاوم هستند تا در برابر لرزش‌های سنگین مقاومت کنند و برای کاربردهای واقعی، از جمله در زمینه‌های نظامی که سیگنال‌های GPS ممکن است مختل یا جعل شوند، مناسب هستند. فراتر از ناوبری، این تیم کاربردهای بالقوه ای را در LIDAR، محاسبات کوانتومی و ارتباطات نوری می بیند.
این تحقیق که توسط برنامه تحقیق و توسعه هدایت شده آزمایشگاهی ساندیا پشتیبانی می‌شود، به عنوان سرفصل در Science Advances منتشر شد. این یک تلاش مشترک در مرکز فوتونیک امنیت ملی است، جایی که متخصصان مکانیک کوانتومی و فوتونیک سیلیکون با هم کار می کنند تا تحقیقات بنیادی را به فناوری های قابل استقرار ترجمه کنند. هدف کار مستمر آنها این است که سیستم‌های ناوبری کوانتومی را با چشم‌انداز وسیع‌تر برای پر کردن شکاف بین تحقیقات دانشگاهی و کاربردهای صنعتی، پایدارتر، میدان‌پذیرتر و از نظر تجاری قابل دوام‌تر کنند.
منبع
https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240813131917.htm
https://newsreleases.sandia.gov/motion_sensor/
