Le premier accéléromètre quantique du Royaume-Uni pour la navigation a été démontré par une équipe de l'Imperial College de Londres et de M Squared.

La plupart des systèmes de navigation reposent aujourd'hui sur un système mondial de navigation par satellite (GNSS), comme le GPS, qui envoie et reçoit des signaux de satellites en orbite autour de la Terre. L'accéléromètre quantique est un système autonome qui ne repose sur aucun signal externe.

Ceci est particulièrement important car les signaux satellites peuvent devenir indisponibles en raison de blocages tels que des immeubles de grande hauteur, ou peut être bloqué, imité ou refusé – empêchant une navigation précise. Un jour de refus du service par satellite coûterait au Royaume-Uni 1 milliard de livres sterling.

Maintenant, pour la première fois, une équipe britannique a démontré un transportable, accéléromètre quantique autonome au National Quantum Technologies Showcase, un événement démontrant les progrès technologiques découlant du programme national britannique de technologies quantiques - un investissement du gouvernement britannique de 270 millions de livres sterling sur cinq ans.

Le dispositif, construit par Imperial College London et M Squared, a été financé par le programme Future Sensing and Situational Awareness du Laboratoire des sciences et technologies de la défense, le Conseil de recherche en génie et en sciences physiques, et Innover au Royaume-Uni. Il représente le premier accéléromètre quantique commercialement viable du Royaume-Uni, qui pourrait être utilisé pour la navigation.

Les accéléromètres mesurent l'évolution de la vitesse d'un objet dans le temps. Avec ça, et le point de départ de l'objet, la nouvelle position peut être calculée.

Utiliser la précision des atomes ultra-froids

Les accéléromètres existent depuis un certain temps, et sont présents aujourd'hui dans des technologies comme les téléphones portables et les ordinateurs portables. Cependant, ces appareils ne peuvent pas maintenir leur précision sur de longues périodes sans référence externe.

L'accéléromètre quantique repose sur la précision et l'exactitude possibles en mesurant les propriétés des atomes en surfusion. A des températures extrêmement basses, les atomes se comportent de manière "quantique", agissant à la fois comme de la matière et des ondes.

Dr Joseph Cotter, du Centre de la matière froide à l'Impérial, a dit :« Quand les atomes sont ultra-froids, nous devons utiliser la mécanique quantique pour décrire comment ils se déplacent, et cela nous permet de faire ce que nous appelons un interféromètre atomique."

Comme les atomes tombent, leurs propriétés ondulatoires sont affectées par l'accélération du véhicule. À l'aide d'une « règle optique », l'accéléromètre est capable de mesurer ces changements infimes très précisément.

Pour rendre les atomes assez froids, et pour sonder leurs propriétés en réponse à l'accélération, des lasers très puissants et contrôlables avec précision sont nécessaires.

Placer le Royaume-Uni au cœur de l'ère quantique à venir

Dr Joseph Thom, Scientifique en technologie quantique chez M Squared, a déclaré :« Dans le cadre de notre travail de commercialisation de capteurs quantiques à atomes froids, nous avons développé un système laser universel pour capteurs à atomes froids que nous avons déjà mis en œuvre dans notre gravimètre quantique. Ce laser est désormais également utilisé dans l'accéléromètre quantique que nous avons construit en collaboration avec Imperial. Combinant haute puissance, accordabilité de fréquence et de bruit exceptionnellement faible, le système laser refroidit les atomes et fournit la règle optique pour les mesures d'accélération."

Le système actuel est conçu pour la navigation de gros véhicules, comme les bateaux et même les trains. Cependant, le principe peut également être utilisé pour la recherche en sciences fondamentales, comme dans la recherche de l'énergie noire et des ondes gravitationnelles, sur laquelle l'équipe impériale travaille également.

Professeur Ed Hinds, du Centre de la matière froide à l'Impérial, a déclaré:"Je pense qu'il est extrêmement excitant que cette technologie quantique sorte maintenant du laboratoire de sciences fondamentales et soit appliquée à des problèmes dans le monde entier, tout cela grâce à la sensibilité et à la fiabilité fantastiques que seuls ces systèmes quantiques peuvent obtenir."

Dr Graeme Malcolm, fondateur et PDG de M Squared, a déclaré : « Ce dispositif quantique commercialement viable, l'accéléromètre, placera le Royaume-Uni au cœur de l'ère quantique à venir. Les efforts de collaboration pour réaliser le potentiel de la navigation quantique illustrent la force unique de la Grande-Bretagne à réunir l'industrie et le monde universitaire - en s'appuyant sur les progrès à la frontière de la science, hors du laboratoire pour créer des applications du monde réel pour l'amélioration de la société."