量子“羅盤”誕生，導航不再依賴衛(wèi)星

　　據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期倫敦帝國理工學院(Imperial College)和M Squared公司的團隊成功演示了英國首個用于導航的量子加速度計。大多數(shù)導航依賴于全球?qū)Ш?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/衛(wèi)星">衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)，例如全球定位系統(tǒng)(GPS)，它們需要向圍繞地球軌道運行的衛(wèi)星發(fā)送和接收信號。量子加速度計是一種獨立的系統(tǒng)，不依賴任何外部信號。

　　這一點特別重要，因為衛(wèi)星信號可能因受到高層建筑等障礙物的阻擋、攔截或中斷而無法使用——從而導致無法精確導航。在英國，如果中斷衛(wèi)星服務一天將可能損失10億英鎊。

　　帝國理工學院和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。這次展會活動顯示了英國國家量子技術(shù)計劃(National Quantum Technologies Programme)所帶來的技術(shù)進步，英國政府五年來為該計劃投資了2.7億英鎊。

　　該設備由倫敦帝國理工學院和M Squared制造，研究資金由國防科學與技術(shù)實驗室的未來感知和情境意識計劃(Future Sensing and Situational Awareness Programme)、工程和物理科學研究委員會以及創(chuàng)新英國(Innovate UK)項目三方資助。它代表了英國首個商業(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間的變化量。利用加速計，若已知物體的起點，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，并廣泛應用在移動電話和筆記本電腦等技術(shù)中。但是，如果沒有外部參考校準，這些設備無法長時間保持其準確性。

　　量子加速度計的精密度和準確度依賴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(xiàn)為“量子”物態(tài)，像粒子又像波的雙重特性。

　　來自帝國理工學院冷物質(zhì)中心的Joseph Cotter博士說：“當原子處于超冷狀態(tài)時，我們就必須用量子力學來描述它們的運動方式，這也使我們能夠制造出所謂的原子干涉儀。”

　　隨著原子溫度的下降，它們的波動特性將受到移動裝置加速度的影響。利用“光學標尺”，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的量子時代的領(lǐng)先位置

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

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

　　來自帝國理工學院冷物質(zhì)中心的Ed Hinds教授說：“我認為這種量子技術(shù)正在逐步走出基礎科學實驗室，應用于更廣闊世界的實際問題，這一切必須依靠這些量子系統(tǒng)才能獲得的極高的靈敏度和可靠性，這是非常令人振奮的。”

　　M Squared創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Graeme Malcolm博士說：“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的量子時代的領(lǐng)先位置。這次實現(xiàn)量子導航潛力的合作努力展現(xiàn)了英國將工業(yè)界和學術(shù)界聚集在一起的獨特優(yōu)勢——立足于科學前沿的進步，走出實驗室，為更美好的社會打造真實應用。”