Bu Yeni Kuantum Teknolojisi Dünyayı Keşfetme Şeklimizde Devrim Yaratabilir

Okyanusun altında seyahat eden denizaltıları hayal edin, konum güncellemeleri için asla yüzeye çıkmaları gerekmiyor.

Sinyal kesintilerinden etkilenmeden, sarsılmaz bir hassasiyetle kıtalar arasında uçan uçaklar.

Otonom araçlar yoğun kentsel ortamlarda mükemmel rotalar çizerken, acil durum müdahale ekipleri duman dolu binalarda veya yeraltı tünellerinde kusursuz bir doğrulukla gezinebilir.

Bu senaryolar kulağa bilim kurgu gibi gelebilir, ancak hepsi kuantum navigasyon olarak bilinen yeni bir yaklaşımla mümkün olabilir.

Oyunun kurallarını değiştiren bu teknoloji bir gün hareket, keşif ve bağlanabilirliği henüz hayal etmeye başladığımız şekillerde yeniden tanımlayacak. Peki, nedir bu?

 

Uydu navigasyonu pek çok şeyin merkezinde yer alıyor

GPS gibi küresel navigasyon uydu sistemleri modern toplumun derinliklerine işlemiş durumda. Onları her gün navigasyon, teslimat siparişi ve fotoğraf konumlarını etiketlemek için kullanıyoruz. Ancak etkileri kolaylık sağlamanın çok ötesine geçiyor.

Dünya'nın yörüngesindeki uydulardan gelen zamanlama sinyalleri borsa işlemlerini doğrular ve elektrik şebekesinin dengelenmesine yardımcı olur. Tarımda, uydu navigasyonu otonom traktörleri yönlendirir ve sığırların toplanmasına yardımcı olur.

Acil durum hizmetleri hızlı müdahale için navigasyon uydu sistemlerine güveniyor ve ihtiyaç sahiplerine ulaşma süresini kısaltıyor

Faydalarına rağmen GPS gibi sistemler oldukça savunmasızdır. Uydu sinyalleri karıştırılabilir ya da müdahale edilebilir. Bunun nedeni aktif savaş, terörizm ya da meşru (veya gayrimeşru) gizlilik kaygıları olabilir. GPSJAM gibi haritalar, Orta Doğu, Rusya ve Ukrayna çevresindeki bölgeler ve Myanmar gibi gerçek zamanlı müdahale noktalarını göstermektedir.

Uzay ortamı da sabit değildir. Güneş düzenli olarak dev plazma topları fırlatarak güneş fırtınaları olarak bildiğimiz olaylara neden olur. Bu emisyonlar Dünya'nın manyetik alanına çarparak uyduları ve GPS sinyallerini bozar. Bu etkiler genellikle geçicidir, ancak fırtınanın şiddetine bağlı olarak önemli hasara da neden olabilirler.

Küresel navigasyon uydu sistemlerinin devre dışı kalması bir rahatsızlıktan daha fazlası olacaktır - en kritik altyapımızı sekteye uğratacaktır.

Tahminlere göre GPS kaybı sadece ABD ekonomisine günde yaklaşık 1 milyar ABD Dolarına (1,5 milyar A$) mal olacak ve birbirine bağlı sistemlerde kademeli arızalara neden olacaktır.

 

Kuantum navigasyon yardıma geliyor

Bazı ortamlarda uydulardan gelen navigasyon sinyalleri çok iyi çalışmaz. Örneğin, su veya yeraltı alanlarına nüfuz etmezler.

Gökdelenlerin bulunduğu bir şehirde Google Haritalar'ı kullanmayı denediyseniz, sorunlarla karşılaşmış olabilirsiniz. Yüksek binalar, doğruluğu azaltan sinyal yansımalarına neden olur ve sinyaller binaların içinde zayıflar veya tamamen kullanılamaz hale gelir.

İşte kuantum navigasyon bir gün bu noktada devreye girebilir.

Kuantum bilimi parçacıkların atomdan daha küçük ölçeklerdeki davranışlarını tanımlar. Süperpozisyon (parçacıkların aynı anda birden fazla durumda bulunması) ve dolanıklık (parçacıkların klasik anlayışa meydan okuyacak şekilde uzay ve zaman yoluyla birbirine bağlanması) gibi akıllara durgunluk veren etkileri ortaya çıkarır.

Bu etkiler kırılgandır ve tipik olarak gözlem altında çökerler, bu yüzden onları günlük hayatta fark etmeyiz. Ancak kuantum süreçlerinin kırılganlığı aynı zamanda mükemmel sensörler olarak çalışmalarını sağlar.

Bir sensör, etrafındaki dünyadaki değişiklikleri algılayan ve bu bilgiyi ölçebileceğimiz veya kullanabileceğimiz bir sinyale dönüştüren bir cihazdır. Yanına yaklaştığımızda açılan otomatik kapıları ya da dokunuşumuza tepki veren telefon ekranlarını düşünün.

Kuantum sensörleri bu kadar hassastır çünkü kuantum parçacıkları çevrelerindeki küçük değişikliklere tepki verir. Zayıf sinyalleri kaçırabilen normal sensörlerin aksine, kuantum sensörler zaman, yerçekimi veya manyetik alanlar gibi şeylerdeki en küçük değişiklikleri bile tespit etmede son derece iyidir.

Hassasiyetleri, çevrelerindeki bir şey değiştiğinde kuantum durumlarının ne kadar kolay değiştiğinden kaynaklanır, bu da nesneleri eskisinden çok daha büyük bir doğrulukla ölçmemize olanak tanır.

Bu hassasiyet, sağlam navigasyon sistemleri için kritik önem taşıyor.

Ekibimiz, navigasyon için Dünya'nın manyetik alanını ölçmek üzere kuantum sensörlerini kullanmanın yeni yollarını araştırıyor. Elmaslardaki kuantum etkilerini kullanarak, Dünya'nın manyetik alanını gerçek zamanlı olarak tespit edebilir ve ölçümleri önceden var olan manyetik alan haritalarıyla karşılaştırarak GPS gibi uydu navigasyonuna esnek bir alternatif sağlayabiliriz.

Manyetik sinyaller parazitlerden etkilenmediğinden ve su altında çalıştığından, umut verici bir yedekleme sistemi sunuyor.

 

Navigasyonun geleceği

Navigasyonun geleceği, konum doğruluğunu artırmak (Dünya'nın manyetik ve yerçekimi alanları aracılığıyla), yönelimi iyileştirmek (kuantum jiroskoplar aracılığıyla) ve üstün zamanlama sağlamak (kompakt atomik saatler ve birbirine bağlı zaman tutma sistemleri aracılığıyla) için kuantum sensörlerini entegre edecektir.

Bu teknolojiler, geleneksel uydu tabanlı navigasyonu tamamlamayı ve bazı durumlarda alternatifler sunmayı vaat etmektedir.

Bununla birlikte, kuantum navigasyonun potansiyeli açık olsa da, bunu pratik bir gerçeklik haline getirmek önemli bir zorluk olmaya devam etmektedir. Dünya çapındaki araştırmacılar ve şirketler, akademi, devlet laboratuarları ve endüstride devam eden büyük çabalarla bu teknolojileri iyileştirmek için çalışıyorlar.

Yeni başlayanlar ve yerleşik oyuncular kuantum ivmeölçerlerin (hareketi ölçen cihazlar) ve jiroskopların prototiplerini geliştiriyor, ancak çoğu erken test aşamalarında veya özel uygulamalarda kalıyor.

Kuantum sensörlerin boyut ve güç gereksinimlerinin azaltılması, kontrollü laboratuvar ortamları dışında stabilitelerinin iyileştirilmesi ve mevcut navigasyon sistemlerine entegre edilmeleri önemli engeller arasında yer alıyor.

Maliyet de bir başka engeldir - günümüzün kuantum cihazları pahalı ve karmaşıktır, bu da yaygın olarak benimsenmesinin hala yıllar uzakta olduğu anlamına gelir.

Bu zorlukların üstesinden gelinebilirse, kuantum navigasyon günlük yaşamı ince ama derin yollarla yeniden şekillendirebilir. Kuantum navigasyon bir gecede GPS'in yerini almayacak olsa da, dünyanın hareket etmesini sağlayan altyapının önemli bir parçası haline gelebilir.

Allison Kealy, Direktör, Yenilikçi Gezegen Enstitüsü, Swinburne Teknoloji Üniversitesi

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.