Kvantemekanikk er ikke lenger bare teoretisk science fiction og teori for de få.
De nyeste avleggerne er i ferd med å bli veldig relevante for Forsvaret. Kvante kalles gjerne «den nye KI», men hva innebærer i så fall det?
Vi lever allerede i en verden prisgitt den første kvanterevolusjonen.
Transistoren, lasere, mikroprosessorer, til og med atombomben, alle sprang ut av at forskerne forsto mer og mer av kvantemekanikken.
– Denne mekanikken er naturens operativsystem, fastslår forsker Kristoffer Hunvik.
– Men der vi før bare observerte og utnyttet store samlinger av partikler, er vi nå i gang med «Kvante 2.0». Nå kan vi kontrollere enkeltpartikler gjennom en høyteknologisk verktøykasse, sier FFI-forskeren.
En enkel framstilling av avdrift: Flyet som skal fra A til B bruker treghetsnavigering. Problemet er at det drifter over tid, og dermed gir flyet feil posisjon. Dersom presise GPS-signaler ikke er tilgjengelige, kan en sensorløsning basert på kvantemekanikk sørge for at systemet blir presist justert.(Illustrasjon: FFI)
Dette haster
Hvorfor haster FFIs arbeid med å utnytte disse fenomenene i praksis?
Svaret er brutalt: Det finnes ingen andreplass i krig. Med økende sabotasje, jamming og russisk såkalt GPS-spoofing, eller forfalsket avsenderinformasjon helt ned på bakkenivå i Finnmark, er Forsvaret sårbart.
Et langvarig GPS-bortfall alene er anslått å koste det norske samfunnet mange milliarder.
Kvantesensorer er den første teknologien i den nye bølgen som er moden nok til å løse dette akutte problemet. Slike sensorer tillater helt skjult, autonom navigasjon i tilfelle satellitter er satt ut av spill.
Forsker Jacob Benestad forteller mer om hvordan FFI konsentrerer forskningen og lab-aktiviteten sin.
Når han og kollegene ser på sensormulighetene, handler det om tre kategorier.
Veiene til ekstrem nøyaktighet
Den første er Rydberg-atomer, oppkalt etter den svenske fysikeren Johannes Rydberg (1854–1919).
Det handler om elektroner som befinner seg langt unna kjernen, slik at atomet oppfører seg på en spesiell måte.
Ved å strekke elektronbanene til alkali-atomer med laser, skapes det sensorer med ekstrem følsomhet for elektromagnetiske bølger.
Det andre alternativet er såkalt nitrogen-vakans i diamanter: Ved å bytte ut et karbonatom i en diamant med et nitrogenatom ved siden av et tomrom, lager forskerne et kunstig atom.
Annonse
Dette reagerer på eksterne magnetfelt på en måte som kan avleses optisk med laser og mikrobølger.
Den tredje tilnærmingen handler om kalde atomer: Ved hjelp av lasere kjøles atomer ned til de nesten står stille. Når disse slippes, kan en måle nøyaktig hvordan de faller.
Det skjer ved å utnytte superposisjon, altså at et atom kan være i to tilstander samtidig.
Hvis noen her tenker på Schrødingers både levende og døde katt, er det nettopp denne siden av kvantemekanikken det er snakk om.
Å forklare kvantemekanikk er ikke enkelt, men nytteverdien av teknologien er fullt forståelig. Det fastslår André Pettersen (fra venstre), Jacob Benestad, Kristoffer Hunvik og Stein Kristiansen fra FFI, her sammen med Terje Kvante Nilsen fra Kongsberg Gruppen og sersjantmajor Cato Pettersen fra Forsvaret.(Foto: Lars Aarønæs / FFI)
Kampen mot avdrift
Så hvordan skal kvantesensorene brukes i praksis?
Treghetsnavigasjon er en gammel og velkjent metodikk for å måle et fartøys bevegelse. Her brukes treghetssensorer som er raske og fungerer ganske bra. Problemet er at de drifter over tid.
Det for eksempel en flyver får vite gjennom en slik sensor, kan etter hvert gi store feil. Løsningen er å justere med GPS-signaler, som er presise.
Problemet er at de kan forsvinne i en krisesituasjon, forteller forsker Stein Kristiansen.
Kvantesensorer basert på kalde atomer har det motsatte problemet: De er ekstremt nøyaktige og har null drift, men de måler altfor sakte til å holde følge med et kampfly eller et kjøretøy i fart.
Løsningen er hybridsensorer.
Ved å koble treghetsnavigasjon sammen med en kvantesensor, kan den tradisjonelle sensoren ta av seg de raske bevegelsene mens kvantesensoren hele tida justerer feilene.
Annonse
Løsningen er et stykke fram.
Det er flere flaskehalser
Kristiansen peker også på geofysisk navigasjon. Der leser kvantesensorer jordas gravitasjon og magnetfelt som en form for unike fingeravtrykk.
Dette er noe FFI allerede har begynt å jobbe med. Her er den store flaskehalsen foreløpig ikke bare sensorene, men også kvaliteten på de grunnlagskartene en trenger.
FFI satser nå tungt på forskning, rådgivning og prototypeutvikling i sitt eget kvantelaboratorium.
De samarbeider også med sivile forskningsmiljøer og med internasjonale partnere på dette feltet.
Konklusjonen er tydelig: Kvantesensorer er ikke lenger bare en teoretisk øvelse i lukkede laboratorier.
