量子技術(shù)革GPS的命：不依賴衛(wèi)星就可以進行導(dǎo)航

　　今天的大多數(shù)導(dǎo)航依賴GPS之類的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)，這類系統(tǒng)可以發(fā)送和接收來自繞地球運行的衛(wèi)星的信號。量子加速度計是一個獨立的系統(tǒng)，不依賴任何外部信號。

　　這一點尤其重要，因為衛(wèi)星信號可能因高層建筑物等阻礙因素而無法使用，或者可能被堵塞、模仿或拒絕，因而無法進行準(zhǔn)確導(dǎo)航。衛(wèi)星服務(wù)無法使用一天會讓英國損失10億英鎊。

　　現(xiàn)在，英國的一支科研團隊首次在國家量子技術(shù)展示會上演示了一種可移動的獨立量子加速度計，這次盛會展示了英國國家量子技術(shù)計劃所取得的技術(shù)進步，為此英國政府五年來已投入2.7億英鎊。

　　該設(shè)備由倫敦帝國理工學(xué)院和M Squared建造，由國防科學(xué)與技術(shù)實驗室的未來感知與態(tài)勢感知計劃、工程與物理科學(xué)研究委員會以及英國創(chuàng)新組織三方提供資金來源。它是英國第一個商業(yè)上可行的量子加速度計，有望用于導(dǎo)航。

　　加速度計測量物體的速度隨時間的推移發(fā)生怎樣的變化。再結(jié)合物體的起點，就能計算出新的位置。

　　使用超冷原子的精度

　　加速度計已存在了一段時間，目前應(yīng)用于在手機和筆記本電腦之類的技術(shù)中。但是如果沒有外部參照，這些設(shè)備無法在較長時間內(nèi)保持準(zhǔn)確度。

　　加速度計的特寫鏡頭

　　量子加速度計依賴測量超冷原子的特性而獲得的精度和準(zhǔn)確度。在極低的溫度下，原子表現(xiàn)出“量子”的行為方式，工作起來既像物質(zhì)又像波。

　　來自帝國理工學(xué)院冷物質(zhì)中心的約瑟夫?科特(Joseph Cotter)博士說：“原子處于超冷狀態(tài)時，我們必須用量子力學(xué)來描述其運動方式，這讓我們得以制造出所謂的原子干涉儀?！?/p>

　　隨著原子不斷移動，它們的波特性受到車輛加速度的影響。使用“光學(xué)標(biāo)尺”，加速度計就能夠非常準(zhǔn)確地測量這些微小變化。然后借助幾個相對簡單的方程式，就可以計算出你的準(zhǔn)確位置。

　　為了使原子足夠冷，并且在響應(yīng)加速度時探測原子的特性，就需要能夠精確控制的非常強大的激光器。

　　讓英國處于即將到來的量子時代的前沿

　　M Squared的量子技術(shù)科學(xué)家約瑟夫?湯姆(Joseph Thom)博士說：“我們致力于使冷原子量子傳感器實現(xiàn)商業(yè)化，作為這項工作的一部分，我們開發(fā)了一種用于冷原子傳感器的通用激光器系統(tǒng)，我們已經(jīng)將該系統(tǒng)部署在我們研制的量子重力儀中。這種激光器現(xiàn)在還用于我們與帝國理工學(xué)院一同研制的量子加速度計。該激光器系統(tǒng)結(jié)合了高功率、超低噪聲和頻率可調(diào)性，可以對原子進行冷卻，并提供用于加速度測量的光學(xué)標(biāo)尺?！?/p>

　　目前的系統(tǒng)是為大型車輛的導(dǎo)航而設(shè)計的，比如船舶、甚至列車。然而，該原理還可以用于基礎(chǔ)科學(xué)研究，比如尋找暗能量和引力波，帝國理工學(xué)院的團隊還在研究這個領(lǐng)域。

　　帝國理工學(xué)院冷物質(zhì)中心的埃德?海因茲(Ed Hinds)教授說：“我認(rèn)為讓人極其興奮的是，這種量子技術(shù)正走出基礎(chǔ)科學(xué)實驗室，應(yīng)用于更廣闊的實際問題，而這一切完全得益于只能從這種量子系統(tǒng)才能獲得的極好的靈敏度和可靠性?！?/p>

　　但這不是你會在智能手機中發(fā)現(xiàn)的技術(shù)：本周在倫敦展示的原型系統(tǒng)大概有3英尺寬，而且價格非常昂貴。

　　此外，它目前只能在一個平面上進行測量。研究人員表示，他們很快就能在三個平面上進行測量，使其成為完全獨立的超級羅盤，可以在任何時候告訴你它的準(zhǔn)確位置。

　　不過它確實是物理學(xué)理論的第一個實際原型。據(jù)推測，研究團隊的計劃是逐漸減小尺寸、降低成本，最終讓它應(yīng)用于像自動駕駛汽車這樣的系統(tǒng)。

　　M Squared的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官格雷姆?馬爾科姆(Graeme Malcolm)博士說：“這種商業(yè)上可行的量子設(shè)備即加速度計將讓英國處于即將到來的量子時代的前沿。實現(xiàn)量子導(dǎo)航潛力的這個合作項目表明了英國在結(jié)合工業(yè)界和學(xué)術(shù)界方面擁有獨特的優(yōu)勢――立足于科學(xué)前沿的進步，走出實驗室，打造旨在改善社會的實際應(yīng)用?！?/p>