Uzayda Kuantum Algılama Tekolojisi Kullanılarak Dünya’nın İklim Süreci Ölçümleri Yapılacak
UC Santa Barbara Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Profesörü Daniel Blumenthal, çok üniversiteli bir araştırma ekibinden oluşan yeni NASA Kuantum Yolları Enstitüsü’nün bir parçası olarak, uzaydaki atomları gözlemleyerek önemli iklim faktörlerinin ölçümünü iyileştirecek teknoloji ve araçların geliştirilmesine yardımcı olacak.
Blumenthal “Daha önce hiç bakmadığımız bir evrene bakıyoruz.” dedi.
Austin’deki Texas Üniversitesindeki (UT) meslektaşları öncülüğünde Blumenthal ve diğer araştırmacılar, atomların çevrelerindeki küçük değişikliklere nasıl tepki verdiklerini gözlemlemeyi içeren kuantum algılamaya odaklanacak ve bunu Dünya’nın yerçekimi alanındaki zaman değişimlerini çıkarmak için kullanacaklar. Bu sayede bilim insanları; deniz seviyesinin yükselmesi, buzların erime hızı, kara su kaynaklarındaki değişiklikler ve okyanus ısı depolama değişiklikleri gibi birçok önemli iklim sürecinin ölçümlerinde doğruluğu arttırabilecek.
Yeni projenin lideri ve UT Austin’deki Uzay Araştırmaları Merkezi’nin direktörü Srinivas Bettadpur, “Son zamanlarda kuantum yöntemlerinde, çoğunlukla bilgi işlem bağlamında muazzam gelişmeler oldu.” dedi. “Kuantum algılama teknolojisini; iklim süreçlerini gözlemleyerek, yorumlayarak ve anlayarak yeni nesil sorunları çözmek için uzayda -gezegenin tamamını izleyebileceğiniz bir yerde- kullanmak istiyoruz.”
Yeni Kuantum Yolları Enstitüsü’nde Colorado Boulder Üniversitesi, California Teknoloji Enstitüsü ve ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsünden (NIST) araştırmacılar da yer alıyor.
Bu, “Kuantum 2.0” olarak bilinen, yani fizikte bilinen kuantum ilkelerinin ötesine geçerek bunları kullanılabilir cihaz kavramlarına dönüştüren ilk çaba olacak.
Araştırmacılar özellikle yerçekimi kuvvetlerindeki değişikliklere ve bunların iklim için ne anlama geldiğine bakacaklar. İklim değiştikçe – buzulların erimesi, deniz seviyelerinin ve sıcaklıkların değişmesiyle – Dünya çevresindeki ve uzaydaki yerçekimi kuvvetleri de değişir. Dünya yörüngesindeki atomlar bu yerçekimi değişikliklerine tepki veriyor. Araştırmacılar bu tepkileri ölçerek iklim süreçlerindeki değişiklikleri daha iyi okuyabilirler.
Ekip için zorluk iki yönlü. Bu algılama teknolojilerinin bir kısmı bugün mevcut ancak inşa ettikleri şeylerin çoğu yeni.
Araştırma uzmanlığı görünür ışık, atomik ve kuantum fotonik entegrasyonun yanı sıra optik ve iletişim teknolojileri olan ve kendini “lazer insanı” olarak tanımlayan Blumenthal, “Bunu yapabilmek için, Dünya’daki atom deneylerinin %90’ını oluşturan lazerleri, fotonikleri, modülatörleri ve kontrol elektroniklerini almamız ve tüm bu hassasiyeti uzaya yerleştirilebilecek küçük, düşük güçlü çiplere aktarmak için gerçekten çok çalışmamız gerekiyor.” dedi.
Çip ölçeğine taşınmasına yardımcı olmak için üzerinde çalıştığı teknolojilerden biri, Colorado Üniversitesinde geliştirilen Enstitü’nün sarsılmış kafes interferometre yapısıdır. Bu tür atomik interferometre sensörü, yerçekimi gradyanlarını son derece yüksek hassasiyetle ölçmek üzere atomları soğutmak ve hapsetmek için birçok lazer ve optik kullanır.
Buna bir de bu aletleri yörüngeye göndermenin zorluğunu ekleyin.
Bettadpur, “Uzayda elle bakım yapamazsınız; bir şeyi gönderdiğinizde ulaşılamaz olur, onu göremezsiniz.” dedi. “Keşifleri mümkün kılmak için aletin uçacağından ve teknolojinin en azından birkaç yıl boyunca çalışacağından emin olmak için büyük bir çalışma yapmanız gerekiyor.”
Bu teknolojiyi sıfırdan inşa etmek ve uzaya hazır hale getirmek için geniş ve çeşitli araştırmacılardan oluşan bir ekip gerekiyor. Bettadpur yörünge mekaniği, yerçekimi alanları ve uzay görevi tasarımı konularında uzmandır. Blumenthal, uzaydan Dünya’nın yerçekimindeki küçük değişimleri ölçecek kompakt çipler için fotonik (ışık tabanlı) entegre devreler geliştirmek üzere UT Austin’deki elektrik ve bilgisayar mühendisliği meslektaşları Seth Bank ve Dan Wasserman ile birlikte çalışacak. UT Austin Havacılık ve Uzay Mühendisliği ve Mühendislik Mekaniği Bölümü’nde doçent olan Ufuk Topcu, karmaşık sistemlerin modellenmesindeki uzmanlığını, kuantum algılama sistemlerinin güvenilirliğini ve otonom çalışmasını iyileştirmek için kullanılabilecek modeller geliştirmek için uygulayacak; her ikisi de cihaz bakımının bir seçenek olmadığı uzay uygulamaları için kilit öneme sahip.
Ekibin diğer üyeleri arasında deneysel kuantum fiziği ve enstrümantasyon uzmanı Dana Anderson; kuantum navigasyon ve zamanlama uzmanı Penina Axelrad; teorik fizik ve kuantum makine öğrenimi uzmanı Murray Holland ve Colorado Üniversitesi, Boulder’dan kuantum optik kontrol uzmanı Marco Nicotra yer alıyor. Caltech’ten sistem, uzay uçuşu ve yerçekimi bilimi uzmanı Michael Watkins de grubun bir parçası. Uzay ve kuantum uygulamaları için hassas ölçüm konusunda uzman olan fizikçi Michelle Stephens ise NIST’ten katılıyor.
Blumenthal, Dünya’nın iklim sorunlarını ele almak için yerçekimi algılamanın ötesinde, bu son derece hassas uzay tabanlı yerçekimi ölçüm teknolojisinin nihayetinde diğer Dünya tabanlı uygulamalar ve gelecekteki uzay keşifleri için kullanılabileceğini düşünüyor.
Blumenthal “Uzay İstasyonu’nda ya da sabit uydularda olabilir.” diyor. “Ya da Jüpiter, Venüs veya Mars’a gönderilerek bu gezegenlerin yerçekiminin haritası çıkarılabilir.”
Kaynak: https://phys.org
Derleyen: Simge Kara
Tuhaf Kuantum “Karşı Taşınım” Testinde Solucan Delikleri Bulunabilir