Gravimetr. Kredit: M Squared.

Stanice gravitační observatoře LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), která se nedávno proslavila historickým úlovkem gravitačních vln, tvoří ramena o délce 4 kilometry. A teď si představte takovou gravitační observatoř zmenšenou do takřka kapesní velikosti.

Graeme Malcolm. Kredit: G. Malcolm.

Právě to udělali britští vědci, když vyvinuli kvantový gravitační detektor. Využívá extrémně zchlazené atomy, s jejichž pomocí velice přesně měří sílu gravitačního pole. Přístroj je skutečně do jisté míry zmenšeninou observatoře LIGO, která loví mocné gravitační vlny, rozvlněné srážkami černých děr.

Nový gravimetr detekuje velmi jemné změny gravitačního pole v okolí. Jako senzory mu slouží oblaky atomů rubidia, které jsou uvnitř vakuové komory velikosti basketbalového míče zchlazené pomocí laserů na 80 mikrokelvinů, tedy velmi blízko k absolutní nule.

M Squared.

Atomy rubidia v gravimetru jsou ve stavu kvantové superpozice. Poeticky vzato, je to jako by v „kapesním“ gravimetru bylo klubko šťastných Schroedingerových koťátek. Atomy rubidia jsou „živé“ a zároveň „mrtvé“, dokud nedojde k měření. Při měření se dají oblaky atomů do pohybu a tři laserové pulzy přitom určí jejich polohu a trasu pohybu. Pokud se dva oblaky atomů rubidia v gravimetru při měření pohybují rozdílnou rychlostí, tak to vypovídá o změně hustoty substrátu pod gravimetrem. A to by zase mohla být známka přítomnosti ložiska ropy nebo určitých minerálů.

Podobná měření využívají kvantové jevy, které jsou velmi choulostivé. Jakmile by zařízení zasáhla nějaká interference nebo šum z okolního prostředí, tak je s kvantovými jevy a měřeními konec.

Část jedné ze stanic observatoře LIGO. Kredit: Umptanum / Wikimedia Commons.

Kvantová zařízení proto musejí být pečlivě izolovaná a zchlazená na velice nízké teploty. To velmi omezuje jejich praktické využití. Nebo omezovalo. Jak říká Jennifer Ouellette z New Scientistu, časy se mění.

Šéf vývoje gravimetru Graeme Malcolm, ředitel společnosti fotonických technologií M Squared ze skotského Glasgow, se domnívá, že už je čas, aby technologie gravimetru dozrála pro komerční využití. Velký zájem by měl mít především těžařský průmysl. Gravimetr by se mohl slušně osvědčit při mapování cenných ložisek. Jejich gravitační „otisk“ se totiž často mírně liší od okolní horniny.

Prototyp kvantového gravimetru se vejde zhruba do objemu o velikosti jednoho krychlového metru. A podle Malcoma se nejspíš ještě podstatně zmenší, čím by se stal mnohem lépe přenosnějším. Malcomova společnost M Squared vyvíjí i další zařízení, které využívají kvantové jevy, například kvantový akcelerometr. Podle Spyridona Michalakise z Caltechu se nám teď docela pěkně rýsuje kvantová budoucnost detekčních zařízení.

Video:  Quantum technology: Building the gateway to a new world | Dr Graeme Malcolm OBE | TEDxGlasgow


Literatura
New Scientist 1. 8. 2017.