量子“羅盤(pán)”誕生，導航不再依賴(lài)衛星

　　據麥姆斯咨詢(xún)報道，近期倫敦帝國理工學(xué)院(Imperial College)和M Squared公司的團隊成功演示了英國首個(gè)用于導航的量子加速度計。大多數導航依賴(lài)于全球導航衛星系統(GNSS)，例如全球定位系統(GPS)，它們需要向圍繞地球軌道運行的衛星發(fā)送和接收信號。量子加速度計是一種獨立的系統，不依賴(lài)任何外部信號。

　　這一點(diǎn)特別重要，因為衛星信號可能因受到高層建筑等障礙物的阻擋、攔截或中斷而無(wú)法使用——從而導致無(wú)法精確導航。在英國，如果中斷衛星服務(wù)一天將可能損失10億英鎊。

　　帝國理工學(xué)院和M Squared公司共同研制的量子加速度計

　　日前，在國家量子技術(shù)展示會(huì )上，英國團隊首次演示了一種便攜式獨立量子加速度計。這次展會(huì )活動(dòng)顯示了英國國家量子技術(shù)計劃(National Quantum Technologies Programme)所帶來(lái)的技術(shù)進(jìn)步，英國政府五年來(lái)為該計劃投資了2.7億英鎊。

　　該設備由倫敦帝國理工學(xué)院和M Squared制造，研究資金由國防科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗室的未來(lái)感知和情境意識計劃(Future Sensing and Situational Awareness Programme)、工程和物理科學(xué)研究委員會(huì )以及創(chuàng )新英國(Innovate UK)項目三方資助。它代表了英國首個(gè)商業(yè)可行的量子加速度計，可用于導航。

　　加速度計可用于測量物體的速度隨時(shí)間的變化量。利用加速計，若已知物體的起點(diǎn)，就可以計算出該物體新的位置。

　　利用超冷原子的精度

　　加速度計已存在很久，并廣泛應用在移動(dòng)電話(huà)和筆記本電腦等技術(shù)中。但是，如果沒(méi)有外部參考校準，這些設備無(wú)法長(cháng)時(shí)間保持其準確性。

　　量子加速度計的精密度和準確度依賴(lài)于對超冷原子特性的測量。在極低溫度下(接近絕對零度)，原子表現為“量子”物態(tài)，像粒子又像波的雙重特性。

　　來(lái)自帝國理工學(xué)院冷物質(zhì)中心的Joseph Cotter博士說(shuō)：“當原子處于超冷狀態(tài)時(shí)，我們就必須用量子力學(xué)來(lái)描述它們的運動(dòng)方式，這也使我們能夠制造出所謂的原子干涉儀?！?/p>

　　隨著(zhù)原子溫度的下降，它們的波動(dòng)特性將受到移動(dòng)裝置加速度的影響。利用“光學(xué)標尺”，這種加速度計就能夠非常精確地測量這些微小的變化。

　　為了使原子溫度降得足夠低，并在響應加速度時(shí)探測它們的特性，這就需要非常強大且能被精確控制的激光器。

　　英國將處于即將到來(lái)的量子時(shí)代的領(lǐng)先位置

　　M Squared的量子技術(shù)科學(xué)家Joseph Thom博士說(shuō)：“作為我們冷原子量子傳感器商業(yè)化工作的一部分，我們開(kāi)發(fā)了一種用于冷原子傳感器的通用激光系統，我們已經(jīng)將其應用在量子重力儀中。這種激光器現在也用于我們與帝國理工學(xué)院合作制造的量子加速度計。該激光系統綜合了高功率、極低的噪聲和頻率可調性，可以冷卻原子并為加速度測量提供光學(xué)標尺。

　　目前的系統是為大型車(chē)輛的導航而設計，例如船舶，甚至火車(chē)。然而，其原理也可以用于基礎科學(xué)研究，例如尋找暗能量和引力波，帝國理工學(xué)院團隊也正在進(jìn)行這方面研究。

　　來(lái)自帝國理工學(xué)院冷物質(zhì)中心的Ed Hinds教授說(shuō)：“我認為這種量子技術(shù)正在逐步走出基礎科學(xué)實(shí)驗室，應用于更廣闊世界的實(shí)際問(wèn)題，這一切必須依靠這些量子系統才能獲得的極高的靈敏度和可靠性，這是非常令人振奮的?！?/p>

　　M Squared創(chuàng )始人兼首席執行官Graeme Malcolm博士說(shuō)：“這種商業(yè)上可行的量子設備，即加速度計，將把英國推至即將到來(lái)的量子時(shí)代的領(lǐng)先位置。這次實(shí)現量子導航潛力的合作努力展現了英國將工業(yè)界和學(xué)術(shù)界聚集在一起的獨特優(yōu)勢——立足于科學(xué)前沿的進(jìn)步，走出實(shí)驗室，為更美好的社會(huì )打造真實(shí)應用?！?/p>