Nella metropolitana di Londra si testa un sistema di posizionamento quantistico che non usa GPS

Il Dr. Joseph Cotter, un fisico britannico,  porta con sé alcuni bagagli insoliti durante i suoi viaggi nella metropolitana di Londra. Questi includono una camera a vuoto in acciaio inossidabile, alcuni miliardi di atomi di rubidio e una serie di laser che vengono utilizzati per raffreddare le sue apparecchiature a una temperatura appena superiore allo zero assoluto. Questo èla sua valigia quando viaggia in metropolitana

Sebbene il bagaglio possa essere bizzarro, ha uno scopo ambizioso. Viene utilizzato per sviluppare una bussola quantistica – uno strumento che sfrutterà il comportamento della materia subatomica per sviluppare dispositivi in grado di individuare con precisione la propria posizioni, indipendentemente dal luogo in cui sono collocati, aprendo la strada alla creazione di una nuova generazione di sensori sotterranei e subacquei.

Il curioso bagaglio di localizzazione quantistica

L’idea di una bussola quantistica è di bypassare o aumentare i metodi attuali per individuare la posizione di aerei, automobili e altri oggetti. Questi di solito si basano su sistemi globali di navigazione satellitare (GNSS) – come il GPS – che sono diventati cruciali nel trasporto di beni e servizi su strada, via mare e via aerea. Utilizzando segnali esterni, questi sistemi possono fissare con precisione le posizioni dei veicoli.

Il fatto è che i dispositivi GNSS sono vulnerabili alle intemperie e alle interferenze, non funzionano sott’acqua o sottoterra e i loro segnali sono spesso bloccati da edifici alti e altre ostruzioni. L’obiettivo del progetto dell’Imperial College – che è stato sostenuto dal Fondo Missioni Tecnologiche del Regno Unito per la Ricerca e l’Innovazione e dal Programma Nazionale Britannico per le Tecnologie Quantistiche – è quello di creare un dispositivo che non solo sia preciso nel fissare la sua posizione, ma che non dipenda anche dalla ricezione di segnali esterni, ma dalle caratteristiche quantistiche della materia.

“In questo modo non ci si dovrà preoccupare che i segnali vengano persi o bloccati dagli appartamenti dei piani alti”, ha detto la dottoressa Aisha Kaushik, un altro membro del team dell’Imperial Centre for Cold Matter. “Avrà più fiducia nel sapere dove si trova lei o il suo veicolo in un determinato momento”.

Il cuore della bussola quantistica – che potrebbe essere pronta per un uso diffuso in pochi anni – è un dispositivo noto come accelerometro, in grado di misurare come la velocità di un oggetto cambia nel tempo. Questa informazione, combinata con il punto di partenza dell’oggetto, consente di calcolare le sue posizioni future. I telefoni cellulari e i computer portatili possiedono accelerometri, ma queste versioni non possono mantenere la loro precisione per lunghi periodi.

Tuttavia, la meccanica quantistica offre agli scienziati un modo per fornire nuova precisione e accuratezza, misurando le proprietà degli atomi superfreddi. A temperature estremamente basse, gli atomi si comportano in modo “quantistico”. Si comportano come la materia e come le onde. “Quando gli atomi sono ultrafreddi, possiamo usare la meccanica quantistica per descrivere come si muovono, e questo ci permette di effettuare misurazioni precise che ci dicono come il nostro dispositivo sta cambiando la sua posizione”, ha detto Cotter.

Nei dispositivi – che sono stati trasportati a bordo dei treni di prova della metropolitana di Londra e non sui servizi dei pendolari – il rubidio viene inserito nella camera a vuoto che si trova nel cuore della macchina. Vengono poi utilizzati potenti laser per raffreddare questi atomi a una frazione di grado sopra lo zero assoluto (-273,15C). In queste condizioni, le proprietà d’onda degli atomi di rubidio sono influenzate dall’accelerazione del veicolo che trasporta l’apparecchiatura, e questi cambiamenti minimi possono essere misurati con precisione esrrema, tale da poter misurare la posizione.

Il sistema ha funzionato bene in un laboratorio stabile, ma deve essere testato in condizioni più estreme per poter essere trasformato in un dispositivo trasportabile e autonomo che possa essere utilizzato in luoghi remoti o complessi.

Il test è utile per il team, ma lo è anche per la metropolitana: la posizione delle gallerie e dei treni nelle gallerie è misurata, in modo non perfetto, da centinaia di chilometri di cavi. Con questi tipi di accelerometri quantistici si potrebbe conoscere la posizione in modo preciso e senza segnali esterni.