Au-delà du GPS : le potentiel des puces photoniques quantiques pour transformer la navigation des drones

par Tatsuya Nakamura
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Quantum Photonic Chips in Drone Navigation

Les chercheurs travaillent à utiliser le concept d’amplification de faible valeur en mécanique quantique pour supplanter les gyroscopes dans la technologie des drones.

Des scientifiques de l'Université de Rochester sont en train de créer des puces photoniques conçues pour remplacer les gyroscopes actuellement utilisés dans les véhicules aériens sans pilote (UAV). L’objectif est de faciliter la navigation des drones dans des environnements où les signaux GPS sont soit obstrués, soit inexistants. En tirant parti d’une méthodologie quantique connue sous le nom d’amplification à faible valeur, l’équipe de recherche aspire à atteindre le même niveau de sensibilité que celui des gyroscopes optiques en vrac conventionnels, mais dans le format compact des puces photoniques portables. Cela pourrait modifier fondamentalement les systèmes de navigation utilisés dans les drones.

Financement et obstacles dans la technologie des gyroscopes

Jaime Cardenas, professeur agrégé à l'Institut d'optique, a reçu une nouvelle subvention de la National Science Foundation pour poursuivre le développement de cette puce photonique jusqu'en 2026. Cardenas souligne que les gyroscopes à fibre optique actuellement utilisés dans les drones de pointe contiennent souvent des bobines de fibre de plusieurs kilomètres ou possèdent une plage dynamique restreinte.

La recherche, soutenue par la National Science Foundation, vise à développer ces puces photoniques en utilisant une amplification de faible valeur comme méthode pour remplacer les gyroscopes mécaniques traditionnels dans les drones. Crédit photo : Université de Rochester / J. Adam Fenster

"Dans le paradigme existant, il existe un compromis intrinsèque entre la sensibilité et la stabilité du gyroscope par rapport à ses dimensions et son poids", déclare Cardenas. « À mesure que les drones, les drones et les satellites deviennent de plus en plus compacts et répandus, la demande de gyroscopes ultra-petits de qualité navigation devrait augmenter considérablement. Bien que les gyroscopes miniaturisés de pointe actuels soient à la fois compacts et robustes, ils sont confrontés à un écart de performances qui limite leur applicabilité dans les systèmes de navigation.

Le rôle de la faible amplification des valeurs et des efforts de collaboration

Cardenas explique que l'amplification à faible valeur présente des avantages par rapport aux techniques traditionnelles en amplifiant le signal dans les mesures interférométriques sans encourir les coûts associés à l'augmentation de divers types de bruit technique. Les tentatives précédentes de mise en œuvre d’une amplification à faible valeur nécessitaient des configurations de laboratoire élaborées avec des alignements exacts. Cependant, Cardenas est déterminé à intégrer cette technique quantique dans une minuscule puce photonique équipée d'un résonateur en anneau à facteur de haute qualité.

Le physicien Andrew Jordan, anciennement affilié à l'Université de Rochester et maintenant membre du corps professoral de l'Université Chapman, collabore avec Cardenas à cette initiative de recherche. De plus, Cardenas prévoit de s'engager avec le Centre David T. Kearns pour le leadership et la diversité de l'Université. L'objectif est d'élargir la participation des groupes marginalisés en proposant des expériences de recherche aux élèves du secondaire du district scolaire de Rochester City, dans le but d'encourager leur intérêt pour les carrières STEM.

Foire aux questions (FAQ) sur les puces photoniques quantiques dans la navigation des drones

Quel est l’objectif principal de la recherche à l’Université de Rochester ?

L'objectif principal est le développement de puces photoniques conçues pour remplacer les gyroscopes traditionnels dans les véhicules aériens sans pilote (UAV) ou les drones. Ces puces visent à permettre la navigation des drones dans des environnements où les signaux GPS sont indisponibles ou brouillés. Les chercheurs utilisent une technique quantique appelée amplification à faible valeur pour atteindre cet objectif.

Qui dirige cette recherche et quelle est la source de financement ?

La recherche est dirigée par Jaime Cardenas, professeur agrégé à l'Institut d'optique de l'Université de Rochester. Le projet est financé par une subvention de la National Science Foundation, qui devrait soutenir la recherche jusqu’en 2026.

À quels défis la technologie gyroscopique actuelle des drones est-elle confrontée ?

La technologie gyroscopique actuelle est confrontée à un compromis entre sensibilité et stabilité d’un côté et taille et poids de l’autre. À mesure que les drones et les drones deviennent plus petits et plus répandus, il existe un besoin croissant de gyroscopes ultra-petits de qualité navigation. Les gyroscopes miniaturisés existants, bien que compacts et robustes, souffrent d'un écart de performances qui limite leur utilité dans les systèmes de navigation.

En quoi l’amplification des valeurs faibles diffère-t-elle des méthodes traditionnelles ?

L'amplification à faible valeur offre l'avantage d'amplifier le signal dans les mesures interférométriques sans l'inconvénient d'amplifier divers types de bruit technique. Les méthodes traditionnelles nécessitent généralement des configurations de laboratoire élaborées avec des alignements précis, mais les chercheurs visent à mettre en œuvre une amplification de faible valeur sur une puce photonique compacte dotée d'un résonateur en anneau à facteur de haute qualité.

Qui sont les collaborateurs sur ce projet ?

Le physicien Andrew Jordan, ancien membre du corps professoral de l'Université de Rochester et maintenant de l'Université Chapman, collabore à cette recherche. De plus, Jaime Cardenas prévoit de travailler avec le Centre David T. Kearns pour le leadership et la diversité pour impliquer les groupes sous-représentés en proposant des expériences de recherche aux élèves du secondaire du district scolaire de Rochester City.

Quel est l’impact plus large de cette recherche ?

La recherche a le potentiel de révolutionner la navigation par drone en la rendant plus fiable et plus polyvalente, en particulier dans les environnements où le GPS n'est pas disponible ou est compromis. Cela pourrait également ouvrir la voie à des progrès dans d’autres domaines qui reposent sur une navigation précise, comme les satellites. De plus, en impliquant des groupes sous-représentés dans la recherche, le projet vise à encourager une future main-d’œuvre plus diversifiée dans les domaines STEM.

En savoir plus sur les puces photoniques quantiques dans la navigation des drones

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