量子“羅盤(pán)”誕生，導(dǎo)航不再依賴(lài)衛(wèi)星

　　據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道，近期倫敦帝國(guó)理工學(xué)院(Imperial College)和M Squared公司的團(tuán)隊(duì)成功演示了英國(guó)首個(gè)用于導(dǎo)航的量子加速度計(jì)。大多數(shù)導(dǎo)航依賴(lài)于全球?qū)Ш?a class="contentlabel" href="http://www.104case.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(yùn)行的衛(wèi)星發(fā)送和接收信號(hào)。量子加速度計(jì)是一種獨(dú)立的系統(tǒng)，不依賴(lài)任何外部信號(hào)。

　　這一點(diǎn)特別重要，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.104case.com/news/listbylabel/label/衛(wèi)星">衛(wèi)星信號(hào)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(dǎo)致無(wú)法精確導(dǎo)航。在英國(guó)，如果中斷衛(wèi)星服務(wù)一天將可能損失10億英鎊。

　　帝國(guó)理工學(xué)院和M Squared公司共同研制的量子加速度計(jì)

　　日前，在國(guó)家量子技術(shù)展示會(huì)上，英國(guó)團(tuán)隊(duì)首次演示了一種便攜式獨(dú)立量子加速度計(jì)。這次展會(huì)活動(dòng)顯示了英國(guó)國(guó)家量子技術(shù)計(jì)劃(National Quantum Technologies Programme)所帶來(lái)的技術(shù)進(jìn)步，英國(guó)政府五年來(lái)為該計(jì)劃投資了2.7億英鎊。

　　該設(shè)備由倫敦帝國(guó)理工學(xué)院和M Squared制造，研究資金由國(guó)防科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的未來(lái)感知和情境意識(shí)計(jì)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(guó)(Innovate UK)項(xiàng)目三方資助。它代表了英國(guó)首個(gè)商業(yè)可行的量子加速度計(jì)，可用于導(dǎo)航。

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

　　利用超冷原子的精度

　　加速度計(jì)已存在很久，并廣泛應(yīng)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(zhǔn)，這些設(shè)備無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間保持其準(zhǔn)確性。

　　量子加速度計(jì)的精密度和準(zhǔn)確度依賴(lài)于對(duì)超冷原子特性的測(cè)量。在極低溫度下(接近絕對(duì)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(lái)自帝國(guó)理工學(xué)院冷物質(zhì)中心的Joseph Cotter博士說(shuō)：“當(dāng)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(yùn)動(dòng)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(dòng)特性將受到移動(dòng)裝置加速度的影響。利用“光學(xué)標(biāo)尺”，這種加速度計(jì)就能夠非常精確地測(cè)量這些微小的變化。

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

　　英國(guó)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(tǒng)，我們已經(jīng)將其應(yīng)用在量子重力儀中。這種激光器現(xiàn)在也用于我們與帝國(guó)理工學(xué)院合作制造的量子加速度計(jì)。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(cè)量提供光學(xué)標(biāo)尺。

　　目前的系統(tǒng)是為大型車(chē)輛的導(dǎo)航而設(shè)計(jì)，例如船舶，甚至火車(chē)。然而，其原理也可以用于基礎(chǔ)科學(xué)研究，例如尋找暗能量和引力波，帝國(guó)理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)也正在進(jìn)行這方面研究。

　　來(lái)自帝國(guó)理工學(xué)院冷物質(zhì)中心的Ed Hinds教授說(shuō)：“我認(rèn)為這種量子技術(shù)正在逐步走出基礎(chǔ)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，應(yīng)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(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(shuō)：“這種商業(yè)上可行的量子設(shè)備，即加速度計(jì)，將把英國(guó)推至即將到來(lái)的量子時(shí)代的領(lǐng)先位置。這次實(shí)現(xiàn)量子導(dǎo)航潛力的合作努力展現(xiàn)了英國(guó)將工業(yè)界和學(xué)術(shù)界聚集在一起的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)——立足于科學(xué)前沿的進(jìn)步，走出實(shí)驗(yàn)室，為更美好的社會(huì)打造真實(shí)應(yīng)用。”