Il primo accelerometro quantistico del Regno Unito per la navigazione è stato dimostrato da un team dell'Imperial College di Londra e di M Squared.

La maggior parte della navigazione oggi si basa su un sistema globale di navigazione satellitare (GNSS), come GPS, che invia e riceve segnali dai satelliti in orbita attorno alla Terra. L'accelerometro quantistico è un sistema autonomo che non si basa su alcun segnale esterno.

Ciò è particolarmente importante perché i segnali satellitari possono diventare non disponibili a causa di blocchi come edifici alti, o può essere inceppato, imitato o negato – impedendo una navigazione accurata. Un giorno di negazione del servizio satellitare costerebbe al Regno Unito 1 miliardo di sterline.

Ora, per la prima volta, una squadra del Regno Unito ha dimostrato un trasportabile, accelerometro quantistico autonomo al National Quantum Technologies Showcase, un evento che dimostra i progressi tecnologici derivanti dal National Quantum Technologies Program del Regno Unito, un investimento del governo britannico di £ 270 milioni in cinque anni.

Il dispositivo, costruito da Imperial College London e M Squared, è stato finanziato attraverso il programma Future Sensing and Situational Awareness del Defense Science and Technology Laboratory, il Consiglio di Ricerca in Ingegneria e Scienze Fisiche, e Innovare Regno Unito. Rappresenta il primo accelerometro quantistico commercialmente valido del Regno Unito, che potrebbe essere utilizzato per la navigazione.

Gli accelerometri misurano come la velocità di un oggetto cambia nel tempo. Con questo, e il punto di partenza dell'oggetto, la nuova posizione può essere calcolata.

Usando la precisione degli atomi ultra-freddi

Gli accelerometri esistono da tempo, e sono presenti oggi in tecnologie come telefoni cellulari e laptop. Però, questi dispositivi non possono mantenere la loro precisione per periodi più lunghi senza un riferimento esterno.

L'accelerometro quantistico si basa sulla precisione e l'accuratezza possibili misurando le proprietà degli atomi supercool. A temperature estremamente basse, gli atomi si comportano in modo 'quantistico', agendo sia come materia che come onde.

Dott. Giuseppe Cotter, dal Centro per la materia fredda dell'Imperial, ha detto:"Quando gli atomi sono ultrafreddi dobbiamo usare la meccanica quantistica per descrivere come si muovono, e questo ci permette di realizzare quello che chiamiamo interferometro atomico".

Mentre gli atomi cadono, le loro proprietà ondulatorie sono influenzate dall'accelerazione del veicolo. Utilizzando un "righello ottico", l'accelerometro è in grado di misurare questi piccoli cambiamenti in modo molto accurato.

Per rendere gli atomi abbastanza freddi, e per sondare le loro proprietà mentre rispondono all'accelerazione, sono necessari laser molto potenti che possono essere controllati con precisione.

Mettere il Regno Unito al centro della prossima era quantistica

Dott. Giuseppe Thom, Scienziato di tecnologia quantistica presso M Squared, ha dichiarato:"Come parte del nostro lavoro nella commercializzazione di sensori quantistici ad atomi freddi, abbiamo sviluppato un sistema laser universale per sensori basati su atomi freddi che abbiamo già implementato nel nostro gravimetro quantistico. Questo laser è ora utilizzato anche nell'accelerometro quantistico che abbiamo costruito in collaborazione con Imperial. Combinando alta potenza, eccezionalmente basso rumore e sintonizzabilità della frequenza, il sistema laser raffredda gli atomi e fornisce il righello ottico per le misurazioni dell'accelerazione."

L'attuale sistema è progettato per la navigazione di veicoli di grandi dimensioni, come navi e persino treni. Però, il principio può essere utilizzato anche per la ricerca scientifica fondamentale, come nella ricerca dell'energia oscura e delle onde gravitazionali, su cui sta lavorando anche il team Imperiale.

Professor Ed Hinds, dal Centro per la materia fredda dell'Imperial, ha dichiarato:"Penso che sia tremendamente eccitante che questa tecnologia quantistica stia uscendo dal laboratorio di scienze di base e venga applicata a problemi nel mondo più ampio, tutto dalla fantastica sensibilità e affidabilità che puoi ottenere solo da questi sistemi quantistici."

Il dottor Graeme Malcolm, fondatore e CEO di M Squared, ha dichiarato:"Questo dispositivo quantistico commercialmente valido, l'accelerometro, metterà il Regno Unito al centro della prossima era quantistica. Gli sforzi collaborativi per realizzare il potenziale della navigazione quantistica illustrano la forza unica della Gran Bretagna nel riunire l'industria e il mondo accademico, basandosi sui progressi alla frontiera della scienza, fuori dal laboratorio per creare applicazioni del mondo reale per il miglioramento della società."