Des chercheurs développent actuellement des puces photoniques qui pourraient remplacer les gyroscopes actuellement utilisés dans les véhicules aériens sans pilote ou drones, leur permettant de voler là où les signaux GPS sont brouillés ou indisponibles.
En utilisant une technique quantique appelée amplification de valeur faible, les scientifiques visent à fournir le même niveau de sensibilité des gyroscopes optiques volumineux sur de petites puces photoniques portables, transformant potentiellement la navigation pour les drones.
Jaime Cardenas, professeur agrégé à l’Institute of Optics de l’Université de Rochester, a reçu à ce titre une nouvelle subvention de la National Science Foundation (NSF) pour développer les puces jusqu’en 2026. Il explique que les gyroscopes à fibre optique utilisés dans les drones les plus avancés d’aujourd’hui contiennent des bobines de fibre de plusieurs kilomètres de long ou ont une plage dynamique limitée.
« Actuellement, la sensibilité et la stabilité d’un gyroscope doivent être fondamentalement échangées entre sa taille et son poids », ajoute-t-il.« À mesure que les drones, les UAV et les satellites deviennent plus petits et plus omniprésents, le besoin de gyroscopes de navigation ultra-compacts deviendra critique. Les gyroscopes miniaturisés de pointe sont compacts et robustes, mais souffrent d’un déficit de performance qui entrave leur utilisation dans la navigation.»
Selon le chercheur, l’amplification de valeur faible offre des avantages par rapport aux méthodes traditionnelles car elle amplifie le signal d’une mesure interférométrique sans le coût d’amplifier plusieurs formes de bruit technique. Mais les démonstrations précédentes de l’amplification de valeur faible ont nécessité des configurations de laboratoire complexes avec un alignement précis.
Jaime Cardenas s’efforce donc de mettre en œuvre l’amplification de valeur faible sur une minuscule puce photonique avec un résonateur en anneau à facteur de qualité élevé.
En synthèse
Cette recherche novatrice sur les puces photoniques à amplification de valeur faible pourrait permettre de miniaturiser les gyroscopes optiques tout en conservant leur haute précision, ouvrant la voie à des systèmes de navigation compacts et robustes pour les drones et autres véhicules autonomes. Cette approche combinant optique intégrée et concepts quantiques pourrait transformer la navigation des drones dans un avenir proche.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que l’amplification de valeur faible?
L’amplification de valeur faible est une technique quantique qui permet d’amplifier le signal d’une mesure interférométrique sans augmenter le bruit technique.
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Pourquoi remplacer les gyroscopes actuels dans les drones?
Les gyroscopes actuels sont volumineux et ont une plage dynamique limitée. Les chercheurs cherchent à développer des gyroscopes ultra-compacts qui offrent une performance équivalente pour une taille réduite.
Qu’est-ce qu’une puce photonique?
Une puce photonique est un dispositif qui utilise la lumière (photons) pour effectuer des opérations similaires à celles d’une puce électronique, mais à une vitesse beaucoup plus élevée.
Quel est le rôle de la National Science Foundation dans ce projet?
La National Science Foundation a accordé une subvention à Jaime Cardenas, professeur à l’Institute of Optics, pour développer ces puces photoniques jusqu’en 2026.
Quels sont les avantages de l’amplification de valeur faible ?
L’amplification de valeur faible amplifie le signal d’une mesure interférométrique sans le coût d’amplifier plusieurs formes de bruit technique.
Acteurs du projet / Université de Rochester, National Science Foundation, Institute of Optics, David T. Kearns Center for Leadership and Diversity, Rochester City School District
Légende illustration principale : Grâce à une subvention de la National Science Foundation, des chercheurs de Rochester développent des puces photoniques qui utilisent une technique quantique appelée « weak value amplification » pour remplacer les gyroscopes mécaniques utilisés dans les drones. (Photo de l’université de Rochester / J. Adam Fenster)
