Le scientifique de Sandia Peter Schwindt, à gauche, et la scientifique postdoctorale Bethany Little examinent l’emballage sous vide maintenu dans une monture jaune imprimée en 3D. Crédit : Laboratoire national Sandia
Sandia montre que la technologie avancée d’orientation pourrait enfin devenir compacte et utilisable sur le terrain.
Ne vous laissez pas tromper par les parois en métal titane ou les vitres en saphir. C’est ce qu’il y a à l’intérieur de ce petit appareil curieux qui pourrait un jour lancer une nouvelle ère de navigation.
Depuis plus d’un an, la chambre à vide de la taille d’un avocat contient un nuage d’atomes dans les bonnes conditions pour des mesures de navigation précises. C’est le premier appareil qui est petit, économe en énergie et suffisamment fiable pour potentiellement déplacer des capteurs quantiques – des capteurs qui utilisent la mécanique quantique pour surpasser les technologies conventionnelles – du laboratoire à une utilisation commerciale, a déclaré Peter Schwindt, scientifique de Sandia.
Sandia a développé la chambre en tant que technologie de base pour les futurs systèmes de navigation qui ne dépendent pas des satellites GPS, a déclaré Peter. Il a été décrit plus tôt cette année dans le journal AVS Science Quantique.
D’innombrables appareils dans le monde utilisent le GPS pour s’orienter. C’est possible parce que les horloges atomiques, qui sont connues pour leur chronométrage extrêmement précis, maintiennent le réseau de satellites parfaitement synchronisé.
Un appareil compact conçu et fabriqué chez Sandia pourrait devenir un élément central des systèmes de navigation de nouvelle génération. Crédit : Laboratoire national Sandia
Mais les signaux GPS peuvent être brouillés ou falsifiés, ce qui peut potentiellement désactiver les systèmes de navigation des véhicules commerciaux et militaires, a déclaré Peter.
Ainsi, au lieu de se fier aux satellites, Peter a déclaré que les futurs véhicules pourraient suivre leur propre position. Ils pourraient le faire avec des appareils embarqués aussi précis que des horloges atomiques, mais qui mesurent l’accélération et la rotation en projetant des lasers dans de petits nuages de gaz rubidium comme celui que Sandia a contenu.
Compacité, clé des applications du monde réel
Les accéléromètres et gyroscopes atomiques existent déjà, mais ils sont trop volumineux et gourmands en énergie pour être utilisés dans le système de navigation d’un avion. C’est parce qu’ils ont besoin d’un grand système de vide pour fonctionner, un qui a besoin de milliers de volts d’électricité.
« Les capteurs quantiques sont un domaine en pleine croissance et il existe de nombreuses applications que vous pouvez démontrer en laboratoire », a déclaré Bethany Little, scientifique postdoctorale de Sandia, qui contribue à la recherche. « Mais lorsque vous le déplacez dans le monde réel, vous devez résoudre de nombreux problèmes. Deux rendent le capteur compact et robuste. La physique se déroule dans un volume d’un centimètre cube (0,06 pouce cube), donc tout ce qui est plus grand que cela est de l’espace perdu.
Bethany a déclaré que son équipe avait montré que la détection quantique pouvait fonctionner sans système de vide à haute puissance. Cela réduit l’emballage à une taille pratique sans sacrifier la fiabilité.
Au lieu d’une pompe à vide motorisée, qui élimine les molécules qui s’infiltrent et perturbe les mesures, une paire d’appareils appelés getters utilise des réactions chimiques pour lier les intrus. Les getters ont chacun à peu près la taille d’une gomme à crayon, ils peuvent donc être placés à l’intérieur de deux tubes étroits dépassant du boîtier en titane. Ils fonctionnent également sans source d’alimentation.
Pour empêcher davantage les contaminants d’entrer, Peter s’est associé aux scientifiques des matériaux de Sandia pour construire la chambre en titane et en saphir. Ces matériaux sont particulièrement efficaces pour bloquer les gaz comme l’hélium, qui peuvent se faufiler à travers l’acier inoxydable et le verre Pyrex. Le financement a été fourni par le programme de recherche et développement dirigé par le laboratoire de Sandia.
La construction a nécessité des techniques de fabrication sophistiquées que Sandia a perfectionnées pour lier des matériaux avancés pour les composants d’armes nucléaires. Et comme une arme nucléaire, la chambre en titane doit fonctionner de manière fiable pendant des années.
L’équipe Sandia continue de surveiller l’appareil. Leur objectif est de le maintenir scellé et opérationnel pendant cinq ans, une étape importante pour montrer que la technologie est prête à être mise en service. En attendant, ils explorent des moyens de rationaliser la fabrication.
Référence : « A passively pumped vacuum package sustaining cold atomes for more than 200 days » par Bethany J. Little, Gregory W. Hoth, Justin Christensen, Chuck Walker, Dennis J. De Smet, Grant W. Biedermann, Jongmin Lee et Peter DD Schwindt, le 15 juillet 2021, AVS Science Quantique.
DOI : 10.1116/5.0053885
