Een apparaat dat quantumeffecten gebruikt om versnellingen heel nauwkeurig te bepalen, kan helpen bij navigatie wanneer gps niet beschikbaar is.

Een apparaat gebaseerd op quantumtechnieken, dat zijn eigen driedimensionale positie bepaalt, blijkt nauwkeuriger dan niet-quantumversies. Voertuigen zouden het kunnen gebruiken om te navigeren als gps het af laat weten.

Een van de manieren om de positie van een object te bepalen, is een versnellingsmeter, een klein apparaat dat je terugvindt in veel technologie van telefoons tot drones. Versnellingsmeters werken door versnellingen te meten, ofwel veranderingen in beweging, waaruit weer verandering in positie berekend kan worden.

Millennials en de rijpe huizenmarkt
LEES OOK
Millennials en de rijpe huizenmarkt

Het was al bekend dat quantumeffecten versnellingsmeters nauwkeuriger kunnen maken. Maar de meeste huidige quantumversnellingsmeters kunnen slechts in één dimensie meten.

Driedimensionaal

Philippe Bouyer, quantumonderzoeker bij het onderzoekscentrum CNRS in Frankrijk, heeft nu samen met zijn collega’s een quantumversnellingsmeter gebouwd die in drie dimensies kan meten.

Zo ziet het apparaat eruit: de buitenste behuizing is een metalen doos van 40 centimeter lang. Daarbinnen vind je drie lasers en een kleinere glazen doos die gevuld is met rubidiumatomen. Deze atomen worden op een temperatuur gehouden die een fractie boven het absolute nulpunt ligt. Bij zo’n lage temperatuur doen zich quantumeffecten voor, waardoor de deeltjes zich gedragen als golven.

Om veranderingen in de bewegingen van de atomen te meten, worden ze door drie lasers verlicht. De lasers zijn daarbij in de lengte, breedte en hoogte van de doos gericht. Doordat de lasers worden de atomen gedwongen om met elkaar te botsen, wat rimpelingen veroorzaakt. De eigenschappen van die rimpelingen hangen weer af van de beweging van het apparaat. Door die rimpelpatronen te analyseren, kan het apparaat de versnelling berekenen in de drie richtingen van de laser. De atomen zijn heel precies te besturen, wat het apparaat zeer nauwkeurig maakt, zegt Bouyer.

Nauwkeuriger

Om dit te testen, plaatsten de onderzoekers hun versnellingsmeter op een tafel die aan het schudden en draaien was. Toen ze de metingen van de versnelling na een paar uur gebruikten om de positie van het apparaat in de ruimte te bepalen, bleek dat die ze er zo’n 20 meter naast zaten. Metingen van een standaard niet-quantumversie zouden er een kilometer naast zitten.

‘In drie dimensies meten is een belangrijke ontwikkeling. Het is een essentiële en uitstekende technische stap in de richting van het praktisch gebruik van quantumversnellingsmeters’, zegt quantumwetenschapper John Close van de Australische Nationale Universiteit in Canberra.

Grote voertuigen die veel trillingen absorberen, zoals schepen, zouden een goede match kunnen zijn voor deze nieuwe technologie, zegt hij. Met een quantumversnellingsmeter zou een schip nauwkeurig koers kunnen houden wanneer de gps niet werkt of wordt verstoord.

Met de quantumtechniek kan ook het binnenste van de aarde onderzocht worden. Alle objecten die zich dicht bij de aarde bevinden, ervaren versnelling door de zwaartekracht. Die versnelling zou het nieuwe apparaat ook heel nauwkeurig kunnen meten, zegt René Forsberg, hoogleraar ruimteonderzoek en aardobservatie aan de Technische Universiteit van Denemarken. Dat zou nuttig kunnen zijn voor het in kaart brengen van het binnenste van de aarde, bijvoorbeeld voor mijnbouw of geologisch onderzoek. Het apparaat zou een klein verschil in zwaartekrachtsversnelling kunnen detecteren wanneer het bijvoorbeeld boven een oliebron geplaatst wordt.