“É o lugar perfeito”: metro de Londres é palco de experiências de um mecanismo quântico que pode vir a ‘reformar’ o GPS

O metropolitano de Londres tem sido palco de uma experiência curiosa conduzida por Joseph Cotter, do Imperial College de Londres, que leva algumas malas incomuns nas suas viagens: elas incluem uma câmara de vácuo de aço inoxidável, alguns milhares de milhões de átomos de rubídio e uma série de lasers utilizados para arrefecer o seu equipamento a uma temperatura logo acima do zero absoluto.

Embora a bagagem possa ser bizarra, há um propósito ambicioso: está a ser usado para desenvolver uma bússola quântica – um instrumento que explorará o comportamento da matéria subatómica para desenvolver dispositivos que possam identificar com precisão a sua localização. Neste caso, não importa onde se esteja, o que pode abrir caminho para a criação de uma nova geração de sondas subterrâneas e sensores subaquáticos.

O lugar ideal para o testar é o metro de Londres, segundo Cotter e a sua equipa. “Estamos a desenvolver novos sensores muito precisos através da mecânica quântica e estes estão a mostrar-se muito promissores em laboratório”, salienta, em declarações ao ‘Observer’. “No entanto, são menos precisos em ambientes da vida real. É por isso que levamos o nosso equipamento para o metro de Londres. É o lugar perfeito para suavizar arestas e fazer com que nosso equipamento funcione na vida real.”

A ideia de uma bússola quântica é contornar ou aumentar os métodos atuais para identificar a localização de aviões, carros e outros objetos. Estes dependem geralmente de sistemas globais de navegação por satélite (GNSS) – como o GPS – que se tornaram cruciais no transporte de bens e serviços por estrada, mar e ar. Ao utilizar sinais externos, estes sistemas podem fixar com precisão as posições dos veículos.

Mas os dispositivos GNSS são vulneráveis ​​às intempéries e aos bloqueios e não funcionam debaixo de água ou no subsolo – os seus sinais são frequentemente bloqueados por edifícios altos e outras obstruções. O objetivo do projeto do Imperial College é criar um dispositivo que não seja apenas preciso na fixação de sua posição, mas também não dependa de receber sinais externos.

No coração da bússola quântica – que poderá estar pronta para uso generalizado dentro de alguns anos – está um dispositivo conhecido como acelerómetro que pode medir como a velocidade de um objeto muda ao longo do tempo. Esta informação, aliada ao ponto de partida daquele objeto, permite calcular as suas posições futuras – os smartphones e laptops possuem acelerómetros, mas essas versões não conseguem manter a sua precisão por longos períodos.

No entanto, a mecânica quântica oferece aos cientistas uma maneira de fornecer nova precisão e exatidão, medindo propriedades de átomos super-frios. Em temperaturas extremamente baixas, os átomos comportam-se de forma ‘quântica’: agem como matéria e como ondas. “Quando os átomos são ultrafrios, podemos usar a mecânica quântica para descrever como eles se movem, e isso permite-nos fazer medições precisas que nos dizem como o nosso dispositivo está a mudar de posição”, salienta Cotter.

Nos dispositivos, o rubídio é inserido na câmara de vácuo que fica no coração da máquina. São então utilizados lasers poderosos para arrefecer esses átomos a uma fração de grau acima do zero absoluto (-273,15C). Nessas condições, as propriedades ondulatórias dos átomos de rubídio são afetadas pela aceleração do veículo que transporta o equipamento, e essas pequenas mudanças podem ser medidas com precisão.

O sistema funcionou bem num laboratório estável, mas precisava de ser testado em condições mais extremas para ser transformado num dispositivo transportável e autónomo que possa ser usado em locais remotos ou complexos, acrescenta Cotter.

Os túneis do metro de Londres são ideais para essa tarefa, que acaba por poder ganhar com os novos sensores quânticos, que eliminariam a necessidade de centenas de quilómetros de cabos atualmente instalados para rastrear a localização dos 540 composições de comboio que passam por baixo da capital britânica à hora de ponta.