Çinli araştırmacılar denizaltı avı için geliştirilen el tipi kuantum manyetometreyi etkileyici bir gerçek dünya testinde gösterdi: cihaz şehir caddesinin altından geçen metro trenini takip etti.
Cihaz, Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden Peng Xinhua ve ekibi tarafından geliştirildi. Çalışma 14 Eylül’de Acta Physica Sinica’da yayımlandı.
Cihaz neredeyse bir kalem kadar küçük ve yalnızca 5 watt güç çekiyor. Yine de Dünya’nın geniş arka plan alanındaki hareketli bir trenin yarattığı manyetik bozulmayı ayırt edebiliyor ve trenin istasyona frenleyerek girmesini, duruşunu ve çekişle ayrılışını net şekilde kaydediyor.
Ekibe göre aynı teknoloji denizaltı karşıtı savaş için tasarlandı. Suda gizlenmiş bir aracın manyetik anomalisi tespit edilerek konumunun belirlenmesi bu alanda temel yöntem.
Makaleye göre cihazın diğer olası kullanımları arasında navigasyon ve konumlandırma, saha madencilik keşfi, mayın temizleme ve kentsel trafik akışı izleme yer alıyor.
Manyetometre, lazer ışığını küçük bir rubidyum buhar hücresinden geçirerek çalışıyor. Çevresindeki manyetik alan değiştiğinde rubidyum atomları farklı tepki veriyor ve geçen lazer ışığı miktarı değişiyor. Sistem bu değişimi ölçerek manyetik alan şiddetini hesaplıyor.
Sonda yalnızca yaklaşık 7 santimetreküp büyüklüğünde. 0,1 ila 10 hertz düşük frekans penceresinde duyarlılığı yaklaşık 10 pikotesla bölü kök hertz seviyesinde.
Karşılaştırma için süperiletken kuantum girişim cihazları ve spin-değişim gevşemesiz atomik manyetometreler çok daha duyarlı. Zayıf manyetik alanlar için şu an mümkün olan en iyi performans olan bir femtoteslanın altında alanları algılayabiliyorlar.
Fakat bunlar genellikle çok düşük sıcaklık ya da tam manyetik kalkan gerektiriyor. Bu yüzden hızlı hareket edildiğinde ya da manyetik girişim güçlü olduğunda kullanımı zor. Bu küçük manyetometre farklı bir yol izliyor: gerçek, karmaşık ve hareketli ortamlarda güvenilir şekilde çalışmak üzere tasarlandı.
Ölçüm sırasında manyetometre bir kanala kilitlenmiş radyo gibi çalışıyor: atomların rezonans frekansı. Manyetik alan çok hızlı değişirse, sonda eğilirse ya da alan düzensizse cihaz o kanaldan çıkabiliyor. Buna kilit kaybı deniyor.
Makale bu durumu izleyen bir algoritma anlatıyor. Algoritma yalnızca sinyal gücünü değil, rezonans tepe noktasının şeklinin doğru olup olmadığını da kontrol ediyor. Kilit kaybedilirse sistem hemen tam frekans aralığını tarayarak rezonans merkezini yeniden buluyor ve bir saniyeden kısa sürede kilidi geri kazanıyor.
Algoritma aletin sağlamlığında büyük rol oynuyor. Donanım sinyali sağlarken algoritma kilidi sabit tutuyor. Bu algoritmalar olmadan manyetometre karmaşık dış alanlarda kolayca kilit kaybederdi.
Makalede ABD merkezli QuSpin şirketinin ürettiği Mz manyetometresinin salınım hızının saniyede yaklaşık 10.000 nanotesla olduğu belirtiliyor. Bu manyetometre saniyede 25.200 nanotesla hıza ulaşıyor, yani yaklaşık 2½ kat daha yüksek. Bu sayede ani manyetik alan değişimlerini daha iyi takip edebiliyor ve kilit kaybetme riski azalıyor.
Takım cihazı diğer gerçek dünya ortamlarında da test etti. Bir testte Dünya’nın manyetik alanını uzun süre izledi ve geçen yılın 1 Haziran’ında G4 seviyesinde bir jeomanyetik fırtınayı kaydetti.
Bunlar uydu sürüklenmesi ve navigasyon sistemi hatalarına neden olabilen şiddetli uzay hava olayları. Fırtına aurorayı olağandan çok daha alçak enlemlere, örneğin Kaliforniya’ya kadar itti ve Çin’in Heilongjiang eyaletinde nadir görülen pembe bir aurora bile oluştu.
Verileri Güney Kore’nin Cheongyang kentindeki Uluslararası Gerçek Zamanlı Manyetik Gözlemevi Ağı, yani INTERMAGNET istasyonunun ölçümleriyle yakından uyuştu. Dalga şekilleri, pik zamanlaması ve genel eğilimler birbirini doğruladı. Cihaz uzun süre kesintisiz çalıştı ve sinyal kilidini kaybetmedi.
Takım ayrıca gömülü bir manyetik çubuğu bulmak için de kullandı. 40 metreye 25 metre büyüklüğündeki bir tarla alanında kör test yapıldı, çubuk yaklaşık yarım metre derinliğe gömüldü. El tipi cihazla serpantin tarama yapıldı.
Cihaz 2 boyutlu manyetik harita üretti ve manyetik anomali merkezini belirledi. Bu konum çubuğun gerçek pozisyonuyla iyi örtüştü.
Makale ayrıca cihazın kentsel trafik akışı algılama, yeraltı metal boru hatlarının arıza teşhisi, kaynak keşfi ve patlamamış mühimmat arama gibi alanlarda da kullanılabileceğini belirtti.
