Kleur zorgt voor de juiste positie


Eeuwenlang hebben onze zeevaarders vertrouwd op de zon en de sterren in het heelal. Eerst navigeerden zij met de polariserende calcietsteen en later met gegist bestek, de sextant, de octant en het kompas om de exacte positie en de juiste koers te bepalen. Na de introductie van satellieten met GPS-signalen wordt nu de kwantumtechnologie ontsloten. Daarbij wordt gebruikgemaakt van infraroodlicht (IR-licht), waarna sensoren de exacte positie registreren.

Het systeem vormt een unieke combinatie van puur natuurkundige elementen uit de thermodynamica, optica en kwantumfysica. Als we een halve eeuw teruggaan in de tijd, zien we dat in de jaren 70 van de vorige eeuw de eerste satellieten verschenen. Drie van deze satellieten lieten de gehele wereld met elkaar communiceren, wat in die tijd een unieke vooruitgang in verbindingen betekende.

Achterhaald

Destijds werd hiermee ook de positiebepaling geïntroduceerd voor vaartuigen, vliegtuigen en later voertuigen. Het Global Positioning System (GPS) was toen een technologische doorbraak, maar is vandaag de dag achterhaald. GPS/GNSS (Global Navigation Satellite System) zendt signalen uit die niet altijd te vertrouwen zijn. We spreken dan over jamming (het verstoren van het signaal) of spoofing (waarbij bewust volledig andere coördinaten worden doorgegeven). Deze externe beïnvloeding maakt de signalen onbetrouwbaar.

Kelvin

Het is tijd voor een nieuw systeem waarmee zelfs onder water en onder de grond de exacte positie bepaald kan worden. Met twee van de drie belangrijkste bouwstenen hiervan zijn zowel fotografen, decorateurs, grafici als signmakers al bekend.
De thermofysica werkt met de schaal van Kelvin, waarbij het theoretische ‘zwarte lichaam’ bij een temperatuur van -273,15 graden Celsius het absolute nulpunt bereikt. In de (foto)grafische- en signbranche is dit direct gekoppeld aan de unieke kleurtemperatuur; wij weten immers als geen ander dat iedere kleur een eigen golflengte heeft.

Optica

Hiernaast komt de optica om de hoek kijken. Onzichtbaar IR-licht remt, net iets boven 0 graden op de schaal van Kelvin, de aanwezige atomen af, waardoor het dopplereffect optreedt. Het zijn de alkalimetaalatomen met slechts een enkelvoudige schil (valentie-elektronen) die gemakkelijk te koelen zijn. Het licht met fotonen wordt ingezet om de materie te bevriezen en de golfeigenschappen van het atoom te registreren. Laserpulsen splitsen de golven waardoor er rimpels ontstaan, die vervolgens weer worden samengevoegd. Op dat moment spreken we over kwantumfysica, want de golfbewegingen van de atomen zijn via sensing (het waarnemen met sensoren) meetbaar. Dit proces wordt atoominterferometrie of cold atom sensing genoemd. Deze registratie gebeurt via een gyroscoop, gravimeter en versnellingsmeter met een uitzonderlijke nauwkeurigheid.

Nieuw tijdperk

Met deze kwantumfysica en kwantumoptica breekt een nieuwe technologie door, waarvan een aantal elementen ook in de (foto)grafische- en signsector wordt toegepast. Hiermee treden we een nieuw en opvallend tijdperk binnen. Denk daarbij ook aan kwantumtechnologie voor computers die werken met een combinatie van enen en nullen (qubits), waardoor extreme berekeningen razendsnel gemaakt kunnen worden. Bij lage temperaturen treedt supergeleiding of kwantumgedrag op, waardoor stroom beide kanten op wordt gestuurd.
Net als eerdere uitvindingen van Christiaan Huygens, Cornelis Douwes en Jan van Musschenbroek (die als eerste octanten verkocht), is ook de kwantumtechnologie een Nederlandse vinding. Er wordt een geheel nieuw tijdperk ontsloten, waarin het observeren van de nachtelijke hemel om onze positie te bepalen definitief tot het verleden behoort.