La metropolitana di Londra testa una "bussola quantistica" che potrebbe sostituire il GPS

il Dr. Joseph Cotter porta con sé bagagli insoliti durante i suoi viaggi sulla metropolitana di Londra. Questi includono una camera per il vuoto in acciaio inossidabile, alcuni miliardi di atomi di rubidio e un array di laser utilizzati per raffreddare i suoi strumenti a una temperatura appena sopra lo zero assoluto.

Nonostante non sia l'attrezzatura media che ci si aspetta di trovare sui treni della District Line, questo è l'equipaggiamento che Cotter, con cui lavora presso il Centre for Cold Matter dell'Imperial College di Londra, che utilizza durante i suoi viaggi sotterranei.

Questi strumenti, sebbene bizzarri, hanno uno scopo ambizioso: sviluppare una bussola quantistica, strumento che sfrutta il comportamento della materia subatomica per sviluppare dispositivi in grado di localizzare con precisione la propria posizione ovunque siano posizionati, aprendo la strada alla creazione di una nuova generazione di sensori sotterranei e subacquei.

L'ideale per testarlo è l'Underground di Londra, hanno scoperto Cotter e il suo team. "Stiamo sviluppando nuovi sensori molto precisi utilizzando la meccanica quantistica, e questi mostrano grandi promesse in laboratorio", ha dichiarato Cotter all'Observer la scorsa settimana. "Tuttavia, sono meno precisi in ambienti reali. Ecco perché stiamo portando il nostro equipaggiamento sulla metropolitana di Londra. È il posto perfetto per limare gli angoli e far funzionare il nostro equipaggiamento nella vita reale."

L'idea di una bussola quantistica è quella di bypassare o integrare i metodi attuali per localizzare posizioni di aerei, automobili e altri oggetti. Questi metodi si basano solitamente sui sistemi di navigazione satellitare globale (GNSS), come il GPS, che sono diventati cruciali nel trasporto di merci e servizi per strada, mare e aria. Tuttavia, i dispositivi GNSS sono vulnerabili al cattivo tempo, ai jammer e non funzionano sott'acqua o sotto terra, dove i segnali sono spesso bloccati da edifici alti e altre obstruzioni.

Il progetto dell'Imperial College, sostenuto dal Fondo per le Missioni Tecnologiche del UK Research and Innovation e dal Programma Nazionale delle Tecnologie Quantistiche del Regno Unito, mira a creare un dispositivo che non solo sia preciso nel determinare la propria posizione, ma che non dipenda dalla ricezione di segnali esterni.

"Quindi non devi preoccuparti che i segnali vengano persi o bloccati dai palazzi alti", ha affermato la dott.ssa Aisha Kaushik, un'altra membro del team dell'Imperial Centre for Cold Matter.

Al cuore della bussola quantistica, che potrebbe essere pronta per un uso diffuso tra qualche anno, c'è un dispositivo noto come accelerometro, in grado di misurare come cambia nel tempo la velocità di un oggetto. Queste informazioni, combinate con il punto di partenza di quell'oggetto, consentono di calcolare le sue future posizioni. I telefoni cellulari e i laptop 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 super-rallentati. Alle temperature estremamente basse, gli atomi si comportano in modo "quantistico". Agiscono sia come materia che come onde. "Quando gli atomi sono ultra-freddi, possiamo usare la meccanica quantistica per descrivere come si muovono, e questo ci permette di fare misurazioni precise che ci dicono come il nostro dispositivo sta cambiando posizione", ha detto Cotter.

Nei dispositivi - che sono stati portati a bordo dei treni di prova della pista della metropolitana di Londra e non sui servizi per pendolari - il rubidio viene inserito nella camera a vuoto che giace nel cuore della macchina. Poi, potenti laser vengono utilizzati per raffreddare questi atomi a una frazione di grado sopra lo zero assoluto (-273,15°C). In queste condizioni, le proprietà ondulatorie degli atomi di rubidio sono influenzate dall'accelerazione del veicolo che trasporta l'attrezzatura, e questi minimi cambiamenti possono essere misurati con precisione.

Il sistema ha dimostrato di funzionare bene in laboratorio stabile, ma ha bisogno di essere testato in condizioni più estreme se si vuole trasformarlo in un dispositivo trasportabile e autonomo che possa essere utilizzato in luoghi remoti o complessi, ha aggiunto Cotter.

I tunnel dei treni della metropolitana sono ideali per questo compito, e l'Underground di Londra potrebbe beneficiare di nuovi sensori quantistici che eliminerebbero la necessità dei centinaia di miglia di cablaggio attualmente installati per tracciare la posizione dei 540 treni che sfrecciano sotto la capitale durante le ore di punta.