تكنولوجيا الملاحة الكمومية تنطلق في تجربة جديدة

أصبحت طائرة قصيرة المدى في المملكة المتحدة مؤخرًا أول منصة محمولة جواً لاختبار تقنيات الكم الدقيقة التي يمكن أن تبشر بعالم ما بعد نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) – حيث تتخلى الملاحة المعتمدة على الأقمار الصناعية (سواء كانت GPS أو BeiDou أو Galileo أو غيرها) عن أهميتها مكان فريد كأداة ملاحية موثوقة. والسؤال الآن هو كم من الوقت سيستغرق وصول هذا الكم غدًا فعليًا.

ولكن هل هذه التكنولوجيا قاب قوسين أو أدنى، كما يقترح أنصارها؟ أم أن العالم سيحتاج إلى الانتظار حتى ثلاثينيات القرن الحالي أو ما بعده، كما يؤكد المتشككون. كلما أمكن توسيع نطاق التكنولوجيا، ستكون التطبيقات المدنية المحتملة كبيرة.

يقول ماكس بيريز، نائب رئيس المبادرات الإستراتيجية في شركة Infleqtion ومقرها بولدر بولاية كولورادو: “التطبيق الأول أو التطبيق القيم للغاية سيكون الشحن المستقل”. “عندما نقوم بتصغير حجم هذه الأنظمة، فإنها ستبدأ في القدرة على معالجة مجالات أخرى مثل التعدين المستقل، على سبيل المثال، وغيرها من الإعدادات الصناعية التي قد يتدهور فيها نظام تحديد المواقع العالمي (GPS). وبعد ذلك، في نهاية المطاف، سيتم تعميم التطبيق الأكبر، وهو المركبات الشخصية ذاتية القيادة، سواء كانت أرضية أو جوية.

الفكرة الكبيرة التي تختبرها شركة Infleqtion وشركاؤها في المملكة المتحدة هي ما إذا كانت الحساسية الشديدة التي يمكن أن توفرها أجهزة الاستشعار الكمومية تستحق المقايضة بجميع المعدات الباهظة الثمن اللازمة لتصغير هذه التكنولوجيا بحيث يمكن وضعها على متن طائرة أو قارب أو مركبة فضائية أو سيارة أو سيارة. شاحنة، أو قطار.

تحويل مكثفات بوز-آينشتاين إلى أدوات ملاحية

في قلب تقنية Infleqtion توجد حالة من المادة تسمى مكثفات بوز-آينشتاين (BEC)، والتي يمكن جعلها حساسة للغاية للتسارع. وفي غياب إشارة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الخارجية، فإن الطائرة التي يمكنها الاحتفاظ بسجل وثيق لكل دوران وتسارع لها هي طائرة يمكنها استنتاج موقعها الدقيق بالنسبة إلى آخر موقع معروف لها.

كما وصفها بيريز – لم تنشر الشركة بعد بحثًا عن أحدث إنجازاتها التاريخية – يشغل جهاز BEC المحمول إلى حد ما من Infleqtion ما بين 8 إلى 10 وحدات رفوف من المساحة. (تمثل وحدة الرف الواحدة عرض رف خادم قياسي يبلغ 48.3 سم وعمق رف خادم قياسي يبلغ 60-100 سم.)

اختبر العلماء مكثفات بوز-آينشتاين الدقيقة في أجهزتهم، والتي يمكن أن تدعم في يوم من الأيام مقاييس التسارع فائقة الحساسية.كينيتك

وفي شهر مايو، قامت الشركة بطيران منصة الحفر الخاصة بها على متن طائرة استعراضية تكنولوجية من طراز British Aerospace 146 (BAe 146/Avro RJ100). داخل المنصة، أطلقت مجموعة من أشعة الليزر سحابة صغيرة شديدة البرودة من ذرات الروبيديوم لإنشاء حالة كمومية واحدة بين الذرات. إن نتيجة مصيدة الذرات الباردة هذه هي خلق ظروف كمومية فائقة الحساسية بين مجموع الذرات، والتي تكون بعد ذلك سحابة كبيرة بما يكفي من المادة بحيث يمكن معالجتها بمعدات مختبرية قياسية.

باستخدام ازدواجية الموجة والجسيم الكمومية، حيث تتصرف المادة مثل كرات البلياردو الصغيرة وحزم الموجات، يمكن للمهندسين بعد ذلك استخدام الليزر والمجالات المغناطيسية لتقسيم سحابة BEC إلى حزمتين أو أكثر من موجات المادة المتماسكة. عندما يتم إعادة تجميعها لاحقًا، تتم دراسة أنماط التداخل لحزم الموجات المتعددة لاكتشاف حتى أصغر التسارعات – أصغر مما يمكن أن تقيسه مقاييس التسارع التقليدية – لمواقع حزم الموجات في الفضاء ثلاثي الأبعاد.

هذه هي الفكرة النظرية، على الأقل.

ظروف العالم الحقيقي جداول زمنية موحلة

ومن الناحية العملية، فإن أي مقياس تسارع يعتمد على BEC سيحتاج على الأقل إلى مطابقة حساسية تقنيات قياس التسارع التقليدية الحالية.

يقول بيريز: “إن أفضل أنظمة القصور الذاتي في العالم، والتي تعتمد على جيروسكوبات الليزر الحلقية، أو جيروسكوبات الألياف الضوئية، يمكنها… الحفاظ على ميل بحري من الدقة خلال أسبوع من المهمة”. “هذا هو المعيار.”

ويضيف بيريز أن منصة Infleqtion لم تقدم سوى دليل على مبدأ إنشاء حالة BEC قابلة للتلاعب في سحابة الروبيديوم، لذلك لا توجد مقارنة فردية متاحة حتى الآن لتقنية مقياس التسارع الكمي. ومع ذلك، فهو يتوقع أن يكون Infleqtion قادرًا على الحفاظ على نفس دقة الميل البحري لمدة شهر أو أكثر من وقت المهمة، أو على العكس من ذلك، زيادة الحساسية خلال مهمة مدتها أسبوع إلى شيء مثل عُشر ميل بحري.

يقول دوج فينكي، كبير مسؤولي المحتوى في شركة أبحاث السوق Global Quantum Intelligence، ومقرها مدينة نيويورك، إن مساحة التطبيق النهائية لهذه التكنولوجيا واسعة.

يقول فينكي: “يمكن لأجهزة الملاحة الكمومية أن تصبح التطبيق القاتل لتكنولوجيا الاستشعار الكمي”. “ومع ذلك، لا تزال هناك العديد من التحديات لتقليل التكلفة والحجم والموثوقية. ولكن من المحتمل، إذا اتبعت هذه التكنولوجيا مسارًا مشابهًا لما حدث في مجال الحوسبة، بدءًا من الحواسيب الكبيرة بحجم الغرفة إلى شيء يمكن وضعه داخل الجيب، فقد تصبح منتشرة في كل مكان وربما تحل محل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في وقت لاحق من هذا القرن.

ويظل الإطار الزمني لمثل هذا الاستحواذ سؤالاً بلا إجابة. يقول فينكي: “لن يحدث ذلك على الفور بسبب التحديات الهندسية التي لم يتم حلها بعد”. “وقد تتطلب التكنولوجيا سنوات عديدة أخرى حتى تصل إلى مرحلة النضج.”

حتى أن دانا جوارد، رئيس مؤسسة Resilient Navigation and Timing Foundation في الإسكندرية بولاية فيرجينيا، يغامر بالتنبؤ. ويقول: “سوف يستغرق الأمر من 10 إلى 15 عامًا على الأقل قبل أن نرى شيئًا عمليًا للتطبيق على نطاق واسع”.

يقول بيريز إنه بحلول عام 2026، ستختبر Infleqtion موثوقية تقنية مقياس التسارع الفعلية الخاصة بها، وليس فقط إنشاء BEC في منتصف الرحلة، كما فعلت في مايو.يقول بيريز: “إنها في الأساس مقايضة توفير التكنولوجيا بشكل أسرع قليلًا مقابل شيء أكثر دقة للتطبيقات الأكثر تطلبًا والتي ستكون وراء ذلك مباشرة”.