Ist dies die Zukunft des Navigierens ohne Satelliten? Die Wissenschaftler scheinen das zu glauben

Was wäre, wenn man Bewegungen verfolgen könnte , ohne sich auf Satelliten oder Elektronik wie GPS zu verlassen?

Das klingt vielleicht wie aus einem Science-Fiction-Film, aber genau daran haben Forscher der University of Colorado Boulder gearbeitet.

Einem aktuellen Bericht zufolge hat das Team einen Quantensensor entwickelt , der die Beschleunigung in allen drei Dimensionen messen kann, indem er Atome verwendet, die knapp über dem absoluten Nullpunkt abgekühlt sind.

Geisterhafte Atome und Laser-Wellen

Auch wenn dieser Durchbruch dem GPS Ihres Smartphones in absehbarer Zeit nicht den Rang ablaufen wird, könnte er doch die Tür zu einer völlig neuen Art der Navigation öffnen, so die Forscher.

"Herkömmliche Atominterferometer können die Beschleunigung nur in einer einzigen Dimension messen, aber wir leben in einer dreidimensionalen Welt", sagt Kendall Mehling, Mitautor der Studie. "Um zu wissen, wohin ich gehe, und um zu wissen, wo ich gewesen bin, muss ich meine Beschleunigung in allen drei Dimensionenverfolgen ."

Im Mittelpunkt des Experiments stand eine Wolke von Rubidiumatomen, die in ein Bose-Einstein-Kondensat gekühlt wurden - ein superkalter Quantenzustand, in dem sich Teilchen auf gespenstische, wellenartige Weise verhalten.

Das Team setzte dann sorgfältig kontrollierte Laser ein, um diese Atome zu spalten und zu manipulieren, wodurch sie in eine seltsame Quantensuperposition versetzt wurden, d. h. sie existieren an zwei Orten gleichzeitig.

Auf diese Weise erstellen die Atome eine Art "Fingerabdruck", je nachdem, wie sie sich bewegt haben - und durch die Entschlüsselung dieses Fingerabdrucks können die Forscher dann herausfinden, in welche Richtung das System beschleunigt wurde.

"Unser Bose-Einstein-Kondensat ist ein Materiewellenteich aus Atomen, und wir werfen Steine aus kleinen Lichtpaketen in den Teich, die Wellen nach links und rechts senden", erklärt Murray Holland, ein an der Forschung beteiligter Professor. "Sobald sich die Wellen ausgebreitet haben, reflektieren wir sie und bringen sie dort wieder zusammen, wo sie sich überlagern."

Kein Satellit erforderlich

Im Moment passt das Gerät auf einen Tisch und benötigt ein Vakuumsystem und 18 Laserstrahlen, um zu funktionieren - aber das ist für einen Quantensensor im Labor wirklich wenig. Und dank des maschinellen Lernens wird es immer intelligenter , so die Wissenschaftler.

"Obwohl wir 18 Laserstrahlen haben, ist das gesamte Experiment so klein, dass wir es eines Tages im Feld einsetzen könnten", so Catie LeDesma.

Bislang lassen sich nur sehr geringe Beschleunigungen feststellen, aber das könnte sich mit der Zeit verbessern.

"Wir sind uns über die möglichen Auswirkungen dieser Forschung noch nicht ganz im Klaren, denn sie öffnet uns eine Tür ", so Holland.

Ob es am Ende Raumfahrzeuge lenkt oder U-Booten hilft, ihren Weg zu finden, eines ist sicher: Es könnte eine große Sache für die Zukunft der Navigation sein.

Quellenhinweis:

Vector atom accelerometry in an optical lattice, published in Science Advances, June 2025.