Các nhà khoa học đang phát triển một cảm biến lượng tử tiên tiến cho quỹ đạo Trái đất thấp có thể phát hiện những rung động nhỏ nhất trong lực hấp dẫn của Trái đất.
Những thay đổi hầu như không thể nhận thấy này — do nước di chuyển, hoạt động kiến tạo hoặc đá dịch chuyển — cung cấp manh mối về những gì nằm bên dưới bề mặt hành tinh.
Thiết bị mới này có thể cho phép lập bản đồ các đặc điểm ngầm như tầng chứa nước và các mỏ khoáng sản — dữ liệu quan trọng cho việc điều hướng, quản lý tài nguyên và an ninh quốc gia, các nhà phát triển cho biết.
"Chúng tôi có thể xác định khối lượng của dãy Himalaya bằng cách sử dụng các nguyên tử", Jason Hyon, chuyên gia công nghệ trưởng về Khoa học Trái đất tại Phòng thí nghiệm Động cơ Phản lực của NASA ở Nam California và giám đốc Trung tâm Đổi mới Không gian Lượng tử của JPL, cho biết trong Ngày 15 tháng 4 tuyên bố.
Liên quan: Cảm biến lượng tử trên ISS có thể cách mạng hóa việc khám phá không gian như thế nào
Cảm biến lượng tử, như thiết bị Quantum Gravity Gradiometer Pathfinder (QGGPf) do JPL, các công ty tư nhân và các tổ chức học thuật phát triển, sử dụng các đám mây nguyên tử rơi tự do và được làm lạnh đến gần độ không tuyệt đối.
Khi rơi, tia laser hoạt động như gương và bộ tách, tách các nguyên tử ra rồi đưa chúng trở lại với nhau. Cách các nguyên tử giao thoa khi chúng kết hợp lại cho thấy chúng được tăng tốc bởi trọng lực nhiều như thế nào, cho phép các nhà khoa học đo những thay đổi nhỏ nhất trong trọng lực với độ chính xác cực cao.
Những công cụ tiên tiến này, dựa trên một kỹ thuật gọi là giao thoa nguyên tử, nhạy hơn nhiều so với các thiết bị truyền thống — và chúng vẫn đang được cải thiện. Các nhà nghiên cứu hiện đang cải tiến công nghệ để làm cho nó chính xác và bền hơn nữa.
"Với các nguyên tử, tôi có thể đảm bảo rằng mọi phép đo sẽ giống nhau. Chúng ta ít nhạy cảm hơn với các tác động của môi trường", Sheng-wey Chiow, một nhà vật lý thực nghiệm tại JPL, cho biết trong cùng một tuyên bố.
Các câu chuyện liên quan:
— Máy tính lượng tử mới phá vỡ kỷ lục 'ưu thế lượng tử' với hệ số 100 — và tiêu thụ ít điện năng hơn 30.000 lần
— Máy tính lượng tử chịu lỗi đầu tiên trên thế giới sẽ ra mắt trong năm nay trước khi có máy 10.000 qubit vào năm 2026
— 'Silic tinh khiết nhất thế giới' có thể dẫn đến chip điện toán lượng tử triệu qubit đầu tiên
Vì sử dụng nguyên tử thay vì các bộ phận cơ học cồng kềnh, cảm biến QGGPf có kích thước nhỏ gọn đáng ngạc nhiên — chỉ bằng kích thước của một chiếc máy giặt nhỏ — và chỉ nặng 275 pound (125 kg). Điều đó khiến nó nhỏ hơn và nhẹ hơn nhiều so với các thiết bị đo trọng lực truyền thống trên không gian, đây là một lợi thế lớn đối với các sứ mệnh không gian, nơi kích thước, trọng lượng và chi phí phóng bị hạn chế chặt chẽ.
NASA có kế hoạch thử nghiệm cảm biến mới trong không gian vào cuối thập kỷ này. Nhiệm vụ trình diễn công nghệ sẽ thử nghiệm một bộ công cụ tiên tiến, đẩy giới hạn về cách ánh sáng và nguyên tử tương tác ở quy mô nhỏ nhất.
"Chưa có ai thử lái một trong những thiết bị này cho đến nay", Ben Stray, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại JPL cho biết. "Chúng ta cần phải bay thử nó để có thể xác định được nó hoạt động tốt như thế nào và điều đó sẽ cho phép chúng ta không chỉ cải tiến máy đo trọng trường lượng tử mà còn cải tiến công nghệ lượng tử nói chung."
Những thay đổi hầu như không thể nhận thấy này — do nước di chuyển, hoạt động kiến tạo hoặc đá dịch chuyển — cung cấp manh mối về những gì nằm bên dưới bề mặt hành tinh.
Thiết bị mới này có thể cho phép lập bản đồ các đặc điểm ngầm như tầng chứa nước và các mỏ khoáng sản — dữ liệu quan trọng cho việc điều hướng, quản lý tài nguyên và an ninh quốc gia, các nhà phát triển cho biết.
"Chúng tôi có thể xác định khối lượng của dãy Himalaya bằng cách sử dụng các nguyên tử", Jason Hyon, chuyên gia công nghệ trưởng về Khoa học Trái đất tại Phòng thí nghiệm Động cơ Phản lực của NASA ở Nam California và giám đốc Trung tâm Đổi mới Không gian Lượng tử của JPL, cho biết trong Ngày 15 tháng 4 tuyên bố.
Liên quan: Cảm biến lượng tử trên ISS có thể cách mạng hóa việc khám phá không gian như thế nào
Cảm biến lượng tử, như thiết bị Quantum Gravity Gradiometer Pathfinder (QGGPf) do JPL, các công ty tư nhân và các tổ chức học thuật phát triển, sử dụng các đám mây nguyên tử rơi tự do và được làm lạnh đến gần độ không tuyệt đối.
Khi rơi, tia laser hoạt động như gương và bộ tách, tách các nguyên tử ra rồi đưa chúng trở lại với nhau. Cách các nguyên tử giao thoa khi chúng kết hợp lại cho thấy chúng được tăng tốc bởi trọng lực nhiều như thế nào, cho phép các nhà khoa học đo những thay đổi nhỏ nhất trong trọng lực với độ chính xác cực cao.
Những công cụ tiên tiến này, dựa trên một kỹ thuật gọi là giao thoa nguyên tử, nhạy hơn nhiều so với các thiết bị truyền thống — và chúng vẫn đang được cải thiện. Các nhà nghiên cứu hiện đang cải tiến công nghệ để làm cho nó chính xác và bền hơn nữa.
"Với các nguyên tử, tôi có thể đảm bảo rằng mọi phép đo sẽ giống nhau. Chúng ta ít nhạy cảm hơn với các tác động của môi trường", Sheng-wey Chiow, một nhà vật lý thực nghiệm tại JPL, cho biết trong cùng một tuyên bố.
Các câu chuyện liên quan:
— Máy tính lượng tử mới phá vỡ kỷ lục 'ưu thế lượng tử' với hệ số 100 — và tiêu thụ ít điện năng hơn 30.000 lần
— Máy tính lượng tử chịu lỗi đầu tiên trên thế giới sẽ ra mắt trong năm nay trước khi có máy 10.000 qubit vào năm 2026
— 'Silic tinh khiết nhất thế giới' có thể dẫn đến chip điện toán lượng tử triệu qubit đầu tiên
Vì sử dụng nguyên tử thay vì các bộ phận cơ học cồng kềnh, cảm biến QGGPf có kích thước nhỏ gọn đáng ngạc nhiên — chỉ bằng kích thước của một chiếc máy giặt nhỏ — và chỉ nặng 275 pound (125 kg). Điều đó khiến nó nhỏ hơn và nhẹ hơn nhiều so với các thiết bị đo trọng lực truyền thống trên không gian, đây là một lợi thế lớn đối với các sứ mệnh không gian, nơi kích thước, trọng lượng và chi phí phóng bị hạn chế chặt chẽ.
NASA có kế hoạch thử nghiệm cảm biến mới trong không gian vào cuối thập kỷ này. Nhiệm vụ trình diễn công nghệ sẽ thử nghiệm một bộ công cụ tiên tiến, đẩy giới hạn về cách ánh sáng và nguyên tử tương tác ở quy mô nhỏ nhất.
"Chưa có ai thử lái một trong những thiết bị này cho đến nay", Ben Stray, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại JPL cho biết. "Chúng ta cần phải bay thử nó để có thể xác định được nó hoạt động tốt như thế nào và điều đó sẽ cho phép chúng ta không chỉ cải tiến máy đo trọng trường lượng tử mà còn cải tiến công nghệ lượng tử nói chung."
