Kvantové zařízení na ISS využívá miniaturní diamanty k přesnému mapování magnetického pole Země

Tým vědců úspěšně změřil magnetické pole Země pomocí kvantového zařízení OSCAR-QUBE, které bylo umístěno na Mezinárodní vesmírné stanici (ISS).

Tým vědců úspěšně změřil magnetické pole Země pomocí kvantového zařízení OSCAR-QUBE, které bylo umístěno na Mezinárodní vesmírné stanici (ISS). Toto zařízení, o velikosti pouhých 10 centimetrů na každé straně, využívá miniaturní diamant o velikosti čočky, jehož drobné nedokonalosti v krystalové mřížce slouží k detekci změn magnetického pole.

OSCAR-QUBE spolehlivě fungovalo na ISS po dobu deseti měsíců v letech 2021 a 2022. Tímto experimentem se potvrdil potenciál kvantových magnetometrů, které by v budoucnu mohly obíhat naši planetu na palubách malých satelitů. Tradiční měření magnetického pole z vesmíru často vyžadují velké a nákladné satelity. Vědci se proto stále více zaměřují na kvantové senzory, které by mohly nabídnout menší rozměry, vyšší citlivost a lepší provozní stabilitu.

Jádrem zařízení OSCAR-QUBE je malý diamant obsahující takzvaná dusíko-vazebná (NV) centra. Jedná se o defekty v mřížce, které vznikají, když chybí atom uhlíku a sousední je nahrazen dusíkem. Tyto defekty se chovají jako malé kvantové systémy, jejichž energetické hladiny se mění v reakci na magnetická pole. Tým experiment provedl osvětlením diamantu laserovým světlem a mikrovlnami, což jim umožnilo detekovat změny ve vyzařovaném světle, které odpovídaly změnám v síle magnetického pole Země. Díky této metodě se podařilo z oběžné dráhy zmapovat prostorové rozdíly v poli.

Měření z let 2021-2022 se shodovala s dřívějšími odhady magnetického pole Země. Přesné mapování pole by mohlo pomoci objasnit záhady, které vědci dosud plně nechápou, například jeho rychlé a nepředvídatelné změny nebo proč se již zhruba 200 let postupně oslabuje. Jak uvedl vedoucí studie Jaroslav Hrubý z Hasselt University v Belgii, magnetické pole Země je fascinující pro měření, protože obsahuje mnoho informací. Získaná data by také mohla zlepšit navigaci v prostředích, kde není dostupná GPS, a přinést nové poznatky o geofyzikálních procesech.

Ačkoliv výkon experimentu OSCAR-QUBE zatím nepřekonal nejmodernější konvenční magnetometry, klíčové je, že technologie byla úspěšně ověřena v reálném vesmírném prostředí. Budoucí experimenty pomohou shromáždit více dat a zlepšit výkon. Vědci poznamenali, že měření byla prováděna uvnitř ISS, kde magnetická pole z vybavení způsobovala určité rušení. Následná mise proto využije vylepšený kvantový hardware umístěný vně stanice pro získání čistších dat. S dalším zdokonalováním hardwaru by se kvantové magnetometry mohly stát standardními součástmi budoucích satelitních konstelací, poskytujícími vysoce rozlišená magnetická data s kompaktními a mnohem levnějšími zařízeními pro vynesení na oběžnou dráhu.