激光器助力全球首款量子“罗盘”问世

2018-11-14 15:17

激光器助力全球首款量子“罗盘”问世

全球首款量子“罗盘”图片来源：英国帝国理工学院官网

据英国帝国理工学院官网近日报道，该校研究人员和M Squared公司携手，研制出全球首款用于导航的量子加速度计。这款量子“罗盘”是不依赖全球定位卫星（GPS）的防干扰导航装置，能确定地球上任何地方的精确位置。

今天的大多数导航依赖包括GPS在内的全球卫星定位系统，这些系统会发送和接收来自绕地球轨道运行的卫星的信号，而新的量子加速度计是一个独立系统，不依赖任何外部信号。这一点尤其重要，因为卫星信号可能遭到封锁、拦截，甚至蓄意破坏或攻击，导致无法准确导航。

加速度计测量物体速度随时间变化，借助这一变化以及物体的起点，可计算出物体所在新位置。虽然加速度计出现在手机和笔记本电脑等设备中，但它们必须频繁地重新校准，若用于导航，每次最多只能连续工作几个小时。

研究团队在英国国家量子技术展示会上展示了这种可移动、可商用的量子加速度计。它依靠测量极低（接近绝对零度）温度下超冷原子的运动来工作，在这种超冷状态下，冷原子表现为“量子”方式，就像物质和波一样。帝国理工学院冷物质中心的约瑟夫·科特博士说：“当原子超冷时，我们必须用量子力学来描述它们的运动方式，这使我们能制造出原子干涉仪等设备。”

为使原子足够冷并探测它们的特性，需要能精确控制的功能强大的激光器。M Squared公司历时3年研制出了一种用于冷原子传感器的通用激光系统，具有高功率、低噪声和频率可调性等特征，可对原子进行冷却，并为加速度测量提供光学标尺。

研究人员指出，新量子“罗盘”的设计初衷是为大型车辆、船只等导航，但也可用于寻找暗能量和引力波等基础科学研究。

2013年，量子研究被英国政府确定为优先领域，研究重点是军事技术。此后，通过英国国家量子技术计划，英国政府在5年内对该领域投资了2．7亿英镑。

总编辑圈点

量子物理颠覆了宏观世界的种种常识，具有波粒二象性的粒子显得那么飘忽神秘。而实际上，很多技术的基础都是量子物理，只是普通人无知无觉。现在，基于量子物理的量子加速度计问世，它不依赖GPS，靠着自己就能实现精准定位和精确导航。量子物理问世100余年，基于量子技术的各类应用也正在向人们走来。利用量子属性，我们也许可以改造升级更多目前已经得到大规模应用的设备，让它们变得更简易，也更准确。量子技术的商业应用时代是不是已经启幕了呢？

（记者：刘霞）