טכנולוגיית הקוואנטום מספקת יכולות חדשות בתחום החיישנים

טכנולוגיית הקוואנטום מספקת יכולות חדשות בתחום החיישנים

quantum

This post is also available in: enEnglish (אנגלית)

מכניקת הקוואנטום חוללה מהפכה במדע, והצליחה לחקור תופעות שאינן יכולות להיות מוסברות באמצעות חודי הפיזיקה הקלאסית. חישה מבוססת קוואנטום היא תחום מבטיח שעשוי להביא למהפכה בתחומים צבאיים שונים, החל מאספקת נתוני מיקום מדויקים ביותר ועד איתור צוללות באוקינוס.

שניים או יותר קיוביט (ביט של קוואנטום) יכולים להיות כרוכים זה בזה והמדידה של האחד קובות מיידית את תוצאת האחר. לעיתים קרובות קוראים לתכונה זו "לא-אינטואיטיבית", והיא המפתח להבנת החישה באמצעות קוואנטום.

"בחישת קוואנטום משתמשים בכמה תכונות לא אינטואיטיביות בטבע כדי למדוד זמן, שדות מגנטיים, כוח כבידה או האצה", מסביר פול קורץ, מדען במעבדת המחקר של צבא ארה"ב.

ה-Cesium משמש לשעונים אוטומיים ומספק את התקן הראשון במעלה להגדרת השניה במערכת הבינלאומית של היחידות. Rubidium מאפשר גם הוא מדידה מדויקת על ידי שעונים אטומיים, ולמרות שהוא נחשב פחות מדויק מה-Cesium, יתרונותיו במחירו הנמוך והיותו בשימוש יותר נרחב.

"לאור העובדה שכל האטומים של ה-Cesium או ה-Rubidium הם זהים, הם מייצגים לא רק דיוק גבוה, אלא שגם התדירות שלהם זהה", אומר קונץ. "תכונות לא-אינטואיטיביות אלה הן בעלות ישומים במדידת זמן ומיקום, מפני שהן משמשות ליישומי GPS. כמו כן הם מיושמים במדי המגנט (מגנטומטרים), המאתרים צוללות או תחמושת".

חיישני קוואנטום יכולים גם למדוד ישירות האצה או רוטציה, מה שיכול לשמש לקביעת מיקום באזורים בהם GPS אינו קיים, אם כי הדבר עדיין בשלבים ניסויים.

מחקרים מתמשכים מראים כיצד ההסתבכות של הקיוביט יכולה לספק לרשתות קוואנטום את היכולת לספק לרשתות קוואנטום את היכולת לשדר מידע קוואנטום עם "אבטחה חסרת תקדים" – לא ניתן להעתיק מערכות קיוביט בלי לשבש אותן מהיסוד, כמו גם ישומים לחיישים ומטרולוגיה.

באוקטובר 2018 גילתה מעבדת המחקר של צבא ארה"ב עבודה שהיא מבצעת באמצעות אטומי Rydberg, אטום שמביאים אותו לדרגות אנרגיה גבוהות, לצורך חיישני שדה חשמלי ומקלטי תקשורת.

מקורות אור קוואנטום מהווים תחום מחקר נוסף של הצוות של קורץ, מחקר שייחודיותו בכך שהוא בוחן "את אבני היסוד" שניתנות לשימוש במספר טכנולוגיות פוטנציאליות. חלק מהיישומים קשורים לתקשורת קוואנטום מאובטחת, סימולציית קוואנטום ומחשוב קוואנטום.

"שוב, מדובר במחקר המדעי המתקדם ביותר", הוא מציין. "עלינו להבין איך הגיאומטריה (טופולוגיה) של מעגלים אופטיים משפיעה על פעולתם ברמה המכנית של הקוואנטום, כלומר פוטון אור בודד בכל פעם".