Des puces photoniques intégrées permettent une navigation quantique compacte et peu coûteuse
En un mot: Les capteurs de mouvement de navigation actuels ont la taille d'un pamplemousse et permettent de diriger les navires, les avions et les véhicules en conjonction avec les signaux GPS. Cela signifie qu'ils ont toujours besoin d'une connexion satellite pour fonctionner, mais une nouvelle génération de « boussole quantique » pourrait éventuellement nous permettre d'abandonner complètement les satellites.
L’idée d’utiliser la technologie quantique pour la navigation n’est pas vraiment nouvelle. La technique repose sur des capteurs appelés interféromètres atomiques qui peuvent suivre la position et le mouvement sans avoir besoin de satellites GPS. Mais le problème était que pour obtenir la précision de navigation requise, il fallait que l’objet soit monstrueusement grand pour contenir six grands interféromètres atomiques – assez grands pour remplir une pièce entière. Mais cela est en train de changer.
Une équipe du Sandia National Labs a développé des puces optiques ultra-compactes capables d'alimenter ces capteurs de navigation quantique dans un boîtier suffisamment petit pour être placé pratiquement n'importe où. Il s'agit de remplacer les systèmes laser encombrants normalement nécessaires aux interféromètres atomiques par de minuscules circuits photoniques intégrés.
Les scientifiques estiment qu'il est important de réduire la dépendance au GPS, car les signaux satellites peuvent être perturbés ou falsifiés, ce qui peut poser de sérieux problèmes pour les opérations militaires ou les systèmes de transport automatisés.
« En exploitant les principes de la mécanique quantique, ces capteurs avancés offrent une précision inégalée dans la mesure de l'accélération et de la vitesse angulaire, permettant une navigation précise même dans les zones sans GPS », a déclaré Jongmin Lee, scientifique de Sandia.
L’élément clé qu’ils ont développé pour réaliser tout cela est un modulateur qui peut contrôler et combiner avec précision plusieurs fréquences laser à partir d’une seule source, éliminant ainsi le besoin d’empiler des lasers individuels.
En plus d'être plus compactes, les puces sont également plus résistantes aux vibrations et aux chocs. Cette robustesse pourrait permettre de déployer les capteurs quantiques dans toutes sortes d'environnements difficiles qui détruiraient les modèles actuels.
Ensuite, il y a le facteur coût. Ces systèmes de navigation quantique de la taille d'une pièce ne sont pas seulement énormes physiquement, ils sont aussi extrêmement coûteux : un seul modulateur laser peut coûter plus de 10 000 dollars. Mais en utilisant la fabrication de semi-conducteurs pour produire leurs puces en masse, l'équipe de Sandia espère pouvoir réduire considérablement les coûts pour améliorer l'accessibilité.
« Nous pouvons fabriquer des centaines de modulateurs sur une seule plaquette de 8 pouces et encore plus sur une plaquette de 12 pouces », a déclaré Ashok Kodigala, scientifique de Sandia.
Ces applications pourraient également s’étendre bien au-delà de la simple navigation et des sauvegardes GPS. L’équipe étudie l’utilisation des capteurs quantiques pour détecter des changements gravitationnels subtils afin de cartographier les ressources et les structures souterraines. Les puces optiques compactes ont également un potentiel prometteur dans des domaines tels que le LIDAR, l’informatique quantique et les communications optiques.
Les résultats étaient suffisamment significatifs pour être publiés en couverture de la revue Science Advances.
Crédit photo : Craig Fritz
