- Laboratorium Nasional Sandia mengembangkan sensor kuantum hemat energi yang hanya membutuhkan daya 5 miliwatt.
- Sistem navigasi kuantum tidak mudah terganggu dan memiliki akurasi tinggi, mengatasi kerentanan sinyal satelit.
- Tim peneliti berfokus pada mengintegrasikan sensor kuantum ke dalam sirkuit fotonik untuk meningkatkan stabilitas aplikasi lapangan.
- Hasil penelitian telah dipublikasikan di jurnal AVS Quantum Science.
Para peneliti di Laboratorium Nasional Sandia Amerika Serikat telah mengembangkan sebuah sensor kuantum yang hanya membutuhkan daya sebesar 5 miliwatt, sekitar 2.000 kali lebih sedikit daripada daya yang dibutuhkan oleh bola lampu LED standar, dan menggunakan serat optik dengan ketebalan hanya 420 nanometer, yang setara dengan 200 kali lebih tipis daripada rambut manusia. Pengembangan sensor dan teknologi terkait ini membuka jalan bagi penerapan teknologi sensor kuantum di lapangan. Saat ini, dunia sangat bergantung pada sinyal satelit untuk navigasi, mulai dari aplikasi taksi, pesawat komersial, kapal kontainer di laut, hingga drone militer yang terlibat dalam pertempuran, semuanya mengandalkan sinyal satelit untuk menentukan posisi dan navigasi ke tujuan.
Dengan tingkat ketergantungan yang tinggi ini, sistem dapat dengan mudah dibuat lumpuh melalui gangguan atau pemalsuan sinyal satelit, yang dapat dilakukan dengan menggunakan noise elektromagnetik untuk membanjiri sinyal-sinyal tersebut.
Keunggulan Sistem Navigasi Kuantum
Untuk mengatasi masalah ini, para ilmuwan telah meneliti sistem navigasi berbasis kuantum yang tidak hanya tidak mudah terganggu tetapi juga memiliki akurasi yang sangat tinggi. Ada beberapa metode berbeda dalam pengoperasian sistem semacam ini, salah satunya adalah metode interferometri atom ruang bebas. Dalam metode ini, atom superdingin dilepaskan dalam ruang vakum dan gerakannya diukur menggunakan laser. Namun, getaran atau gangguan lainnya dapat membuat pengukuran ini menjadi tidak dapat diandalkan, yang mendorong para ilmuwan untuk mencari metode yang lebih stabil. Metode interferometri atom dengan cahaya terikat erat menggunakan perangkat non-serat untuk mengarahkan atom, mirip dengan bola kecil yang mengalir dalam pipa sempit, memastikan bahwa mereka selalu diamati oleh laser.
Jongmin Lee, seorang ilmuwan sensor kuantum di Laboratorium Nasional Sandia, telah berfokus pada pembuatan perangkat yang sangat kecil, yang mengonsumsi daya sangat sedikit dan dapat digunakan untuk aplikasi lapangan. Ambisi Lee adalah menempatkan perangkat ini pada sirkuit terpadu fotonik sehingga bahkan jika perangkat mengalami benturan, pengukuran masih dapat terus dilakukan. Dalam situasi nyata, ini dapat mendukung navigasi saat kendaraan melintasi medan yang kasar atau pesawat mengalami turbulensi. Lee menjelaskan dalam sebuah siaran pers, "Ide ini telah gagal diwujudkan oleh masyarakat selama beberapa dekade karena tantangan dalam pembuangan panas dalam ruang vakum dan kesulitan dalam memuat atom secara efektif."
Inovasi dalam Mengatasi Beban Termal
Laser perlu menciptakan efek cincin cahaya untuk mengarahkan dan menghitung atom yang bergerak. Namun, ini juga merupakan sumber panas utama dalam sistem, terutama ketika menangani komponen seperti serat nano yang lebih tipis daripada rambut manusia. Dalam situasi ini, para ilmuwan selalu harus melakukan kompromi. Entah menggunakan desain yang rapuh, yang dapat memuat atom dengan baik tetapi mudah rusak dalam kondisi panas tinggi; atau menggunakan desain yang kuat, yang dapat menangani panas dengan baik tetapi tidak dapat memuat atom secara efektif. Para peneliti di Laboratorium Nasional Sandia yang dipimpin oleh Lee telah memecahkan masalah ini dengan menggunakan jarum silikon kecil untuk menahan pandu gelombang di kedua sisi dan berfungsi sebagai radiator panas.
Lee menambahkan dalam sebuah siaran pers, "Berdasarkan hasil penelitian serat nano kami, kami telah membuktikan bahwa atom sesium dapat ditangkap hanya dengan daya optik lima miliwatt, dan koherensi atom dapat diukur menggunakan berkas serat optik submikrowatt, sambil meminimalkan beban termal dalam ruang vakum."
Setelah mengatasi beberapa masalah dalam pengaturan, tim berharap untuk mengintegrasikan pandu dan komponen lainnya ke dalam satu chip dan membangun array sensor kuantum inersia. Hasil penelitian ini telah dipublikasikan dalam jurnal AVS Quantum Science.
Dampak Sensor Kuantum terhadap Teknologi Navigasi
Dengan meningkatnya ketergantungan teknologi navigasi pada sinyal satelit, pengembangan sensor kuantum menjadi sangat penting. Sensor semacam ini tidak hanya dapat menahan gangguan eksternal tetapi juga mempertahankan akurasi tinggi dalam berbagai kondisi lingkungan ekstrem, yang merupakan kemajuan besar bagi sistem navigasi militer, komersial, dan sipil. Penelitian di Laboratorium Nasional Sandia tidak hanya menunjukkan potensi teknologi kuantum dalam aplikasi lapangan tetapi juga memecahkan masalah beban termal yang telah lama mengganggu para ilmuwan, membuka jalan bagi sistem navigasi kuantum di masa depan.