Ο Δρ. Τζόζεφ Κότερ παίρνει μερικές ασυνήθιστες αποσκευές μετακινούμενος με το μετρό του Λονδίνου. Περιλαμβάνουν έναν θάλαμο κενού από ανοξείδωτο χάλυβα, μερικά δισεκατομμύρια άτομα ρουβιδίου και διάφορα λέιζερ που χρησιμοποιούνται για την ψύξη του εξοπλισμού του σε θερμοκρασία λίγο πάνω από το απόλυτο μηδέν.
Αν και δεν είναι ένα συνηθισμένο κουτί εργαλείων που θα περίμενε κανείς να έχει κάποιος μαζί του στα βαγόνια του υπόγειου σιδηροδρόμου, αυτός είναι ο εξοπλισμός που χρησιμοποιεί ο Κότερ ο οποίος εργάζεται στο Κέντρο Ψυχρής Ύλης του Imperial College του Λονδίνου.
ι αποσκευές του μπορεί να είναι παράξενες, έχουν έναν φιλόδοξο σκοπό. Ο εξοπλισμός αυτός χρησιμοποιείται για την ανάπτυξη μιας κβαντικής πυξίδας, ένα όργανο που θα εκμεταλλευτεί τη συμπεριφορά της υποατομικής ύλης προκειμένου να αναπτύξει συσκευές που μπορούν να εντοπίσουν με ακρίβεια τη θέση τους ανεξάρτητα από το πού βρίσκονται, ανοίγοντας το δρόμο για τη δημιουργία μιας νέας γενιάς συστημάτων εντοπισμού στίγματος και μάλιστα με δυνατότητα εντοπισμού της θέσης ενός αντικειμένου που βρίσκεται κάτω από την επιφάνεια του εδάφους ή του νερού.
Πώς λειτουργεί
Το σύστημα αυτό βασίζεται σε μια νέα γενιά αισθητήρων και η ερευνητική ομάδα που το αναπτύσσει με επικεφαλής τον Κότερ θεωρεί ιδανικό μέρος για δοκιμές το μετρό του Λονδίνου το οποίο ως γνωστόν εκτείνεται σε μεγάλα βάθη.
«Αναπτύσσουμε πολύ ακριβείς νέους αισθητήρες χρησιμοποιώντας κβαντομηχανική και αυτοί παρουσιάζουν πολύ καλά αποτελέσματα στο εργαστήριο υποσχόμενοι στο εργαστήριο. Ωστόσο δείχνουν να λιγότερο ακριβείς σε πραγματικές συνθήκες. Για αυτό μεταφέρουμε τον εξοπλισμό μας στο μετρό του Λονδίνου. Είναι το τέλειο μέρος για να κάνουμε τις απαραίτητες βελτιώσεις στον εξοπλισμό και να τον κάνουμε να λειτουργεί στην πραγματική ζωή» λέει ο Κότερ.
Η ιδέα μιας κβαντικής πυξίδας είναι να βελτιώσει ή να αντικαταστήσει τις υπάρχουσες τεχνολογίες για τον εντοπισμό των θέσεων των αεροπλάνων, των αυτοκινήτων και άλλων αντικειμένων. Αυτά βασίζονται συνήθως σε δορυφορικά συστήματα πλοήγησης όπως το GPS τα οποία έχουν καταστεί ζωτικής σημασίας για τις οδικές, θαλάσσιες και αεροπορικές μεταφορές αγαθών και υπηρεσιών. Χρησιμοποιώντας εξωτερικά σήματα, αυτά τα συστήματα μπορούν να καθορίσουν με ακρίβεια τις θέσεις των οχημάτων.
Αλλά τα συστήματα GPS είναι ευάλωτα σε κακές καιρικές συνθήκες και άλλου είδους φαινόμενα ή εμπόδια. Οι δορυφόροι που βασίζουν την λειτουργία τους αυτά τα συστήματα απενεργοποιούνται κατά την διάρκεια γεωμαγνητικών καταιγίδων που συχνά χτυπούν την Γη, δεν λειτουργούν υποβρύχια ή υπόγεια και τα σήματα τους συχνά μπλοκάρονται από ψηλά κτίρια και άλλα εμπόδια. Ο στόχος της ανάπτυξης του νέου συστήματος στη χρηματοδότηση του οποίου συμμετέχει ο Ταμείο Τεχνολογικών Αποστολών Έρευνας και Καινοτομίας της Βρετανίας και το Εθνικό Πρόγραμμα Quantum Technologies της Βρετανίας είναι να δημιουργήσει ένα σύστημα που θα προσφέρει ακρίβεια στον καθορισμό της θέσης ενός αντικειμένου αλλά δεν θα βασίζεται στη λήψη εξωτερικών σημάτων.
«Τότε δεν θα χρειάζεται να ανησυχούμε μήπως χαθούν ή μπλοκαριστούν σήματα από πολυώροφα κτίρια. Θα έχετε μεγαλύτερη εμπιστοσύνη στο να γνωρίζετε πού βρίσκεστε εσείς ή το όχημά σας σε μια συγκεκριμένη στιγμή». Λέει η Δρ. Αΐσα Κάουσικ μέλος της ερευνητικής ομάδας.
Στην καρδιά της κβαντικής πυξίδας βρίσκεται μια συσκευή γνωστή ως επιταχυνσιόμετρο που μπορεί να μετρήσει πώς αλλάζει η ταχύτητα ενός αντικειμένου με την πάροδο του χρόνου. Αυτές οι πληροφορίες, σε συνδυασμό με το σημείο εκκίνησης αυτού του αντικειμένου, επιτρέπουν τον υπολογισμό των μελλοντικών θέσεων του. Τα κινητά τηλέφωνα και οι φορητοί υπολογιστές διαθέτουν επιταχυνσιόμετρα αλλά οι σημερινές εκδόσεις τους δεν μπορούν να διατηρήσουν την ακρίβειά τους για μεγάλα χρονικά διαστήματα.
Ωστόσο, η κβαντομηχανική προσφέρει στους επιστήμονες έναν τρόπο να παρέχουν νέα ακρίβεια και ακρίβεια μετρώντας τις ιδιότητες ατόμων που βρίσκονται σε κατάσταση υπερψύξης. Σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, τα άτομα συμπεριφέρονται με κβαντικό τρόπο. Λειτουργούν και ως ύλη και ως κύματα. «Όταν τα άτομα είναι εξαιρετικά ψυχρά, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την κβαντομηχανική για να περιγράψουμε πώς κινούνται και αυτό μας επιτρέπει να κάνουμε ακριβείς μετρήσεις που μας λένε πώς η συσκευή μας αλλάζει τη θέση της» αναφέρει ο Κότερ.
Η θερμοκρασία
Στον εξοπλισμό που μεταφέρεται με το μετρό το ρουβίδιο εισάγεται στον θάλαμο κενού που βρίσκεται στην καρδιά του εξοπλισμού. Στη συνέχεια χρησιμοποιούνται ισχυρά λέιζερ για την ψύξη αυτών των ατόμων στα όρια του απόλυτου μηδέν (−273,15 C). Σε αυτές τις συνθήκες, οι κυματικές ιδιότητες των ατόμων ρουβιδίου επηρεάζονται από την επιτάχυνση του οχήματος που μεταφέρει τον εξοπλισμό και αυτές οι μικρές αλλαγές μπορούν να μετρηθούν με ακρίβεια.
«Το σύστημα έχει διαπιστωθεί ότι λειτουργεί καλά σε εργαστηριακές συνθήκες αλλά πρέπει να δοκιμαστεί σε διαφορετικές συνθήκες, εάν πρόκειται να μετατραπεί σε μια μεταφερόμενη, αυτόνομη συσκευή που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε απομακρυσμένες ή σύνθετες τοποθεσίες» λέει ο Κότερ.
Οπως αναφέρει η εφημερίδα Guardian οι σήραγγες του υπόγειου σιδηρόδρομου είναι ιδανικές για αυτές τις δοκιμές και ο υπόγειος σιδηρόδρομος του Λονδίνου θα είναι ο πρώτος που θα εκμεταλλευτεί αυτή την τεχνολογία η οποία υπόσχεται να εξαλείψει την ανάγκη για εκατοντάδες χλμ. καλωδίωσης που είναι εγκατεστημένα αυτήν τη στιγμή για να παρακολουθείται η θέση των περίπου 550 τρένων που κινούνται στο Λονδίνο στις ώρες αιχμής.
