論文の概要: Enhancing the sensitivity of atom-interferometric inertial sensors in
dynamic environments using robust control
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.03683v2
- Date: Wed, 3 May 2023 02:38:30 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-04 17:45:30.449559
- Title: Enhancing the sensitivity of atom-interferometric inertial sensors in
dynamic environments using robust control
- Title（参考訳）: ロバスト制御による動的環境における原子干渉慣性センサの感度向上
- Authors: J. C. Saywell, M. S. Carey, P. S. Light, S. S. Szigeti, A. R. Milne,
K. Gill, M. L. Goh, V. S. Perunicic, N. M. Wilson, C. D. Macrae, A. Rischka,
P. J. Everitt, N. P. Robins, R. P. Anderson, M. R. Hush, and M. J. Biercuk
- Abstract要約: 物質波干渉計に基づく量子センサーは、航法、土木工学、地球観測に革命をもたらす可能性がある。
これらのデバイスを現実の環境で運用することは、外部の干渉、プラットフォームノイズ、サイズ、重量、電力に対する制約によって困難である。
ここでは、ソフトウェアで設計・実装された調整光パルスが、原子干渉計の加速度計における重要な性能劣化の原因を軽減することを実験的に実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum sensors based on matter-wave interferometry have the potential to
revolutionize navigation, civil engineering, and Earth observation. However,
operating these devices in real-world environments is challenging due to
external interference, platform noise, and constraints on size, weight, and
power. Consequently, the advantages of choosing a quantum sensor over
conventional alternatives are typically lost when transitioning from the
laboratory to the field. Here we experimentally demonstrate that tailored light
pulses designed and implemented in software using robust control techniques
mitigate significant sources of performance degradation in an
atom-interferometric accelerometer. To mimic the effect of unpredictable
lateral platform motion, we apply laser-intensity noise that varies up to 20%
from pulse-to-pulse, and demonstrate that our robust control solution maintains
performant sensing, while the utility of conventional pulses collapses. By
measuring local gravity, we show that these robust pulse sequences preserve the
interferometer scale factor and improve its precision by $10\times$ in the
presence of the applied laser intensity noise. We further validate these
enhancements by measuring applied accelerations over a $200~\mu g$ range up to
$21\times$ more precisely for the largest applied noise. This shows for the
first time that software-defined quantum sensing can deliver useful performance
in dynamic environments inherent to onboard applications where conventional
operation is severely degraded, providing a pathway to augment the performance
of current and next-generation atom inertial sensors in real-world settings.
- Abstract（参考訳）: 物質波干渉計に基づく量子センサーは、航法、土木工学、地球観測に革命をもたらす可能性がある。
しかし、外的干渉、プラットフォームノイズ、サイズ、重量、電力の制約などにより、現実の環境でこれらのデバイスを運用することは困難である。
したがって、従来の代替品よりも量子センサーを選択する利点は、実験室からフィールドに移行する際に失われる。
そこで本研究では,ロバストな制御技術を用いてソフトウェアに設計・実装された光パルスが,原子干渉型加速度計の性能劣化の原因を軽減できることを実験的に実証する。
予測不能な横方向プラットフォーム動作の効果を模倣するため,パルスからパルスまで最大20%の波長変化のレーザ強度雑音を適用し,従来のパルスの有用性を損なうとともに,ロバスト制御ソリューションが高性能センシングを維持していることを示す。
局所重力の測定により, このロバストなパルス列は干渉計スケール係数を保ち, レーザ強度雑音の存在下で10\times$で精度を向上させることを示した。
さらに, 最大適用雑音に対して, 200〜\mu g$の範囲を最大21\times$まで測定することで, これらの拡張を検証した。
これは、ソフトウェア定義の量子センシングが、従来の操作が著しく劣化しているオンボードアプリケーション固有の動的環境において有用なパフォーマンスを提供できることを示し、現在のおよび次世代の原子慣性センサーの性能を現実の環境で向上させる経路を提供する。
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