GPS用不上？光子芯片帮助无人机在弱信号地区无碍飞行

2023-10-27 16:26

在美国国家科学基金会的资助下，罗切斯特大学（University of Rochester）的研究人员正在开发光子芯片，这种芯片使用一种称为“弱值放大”（weak value amplification）的量子技术来取代无人机中使用的机械陀螺仪，从而使这些无人机能够在GPS信号受阻或不可用的地方飞行。

利用这种量子技术，科学家们的目标是在小型手持光子芯片上提供与大块光学陀螺仪相同的灵敏度水平，这可能会改变无人机的导航。

光学研究所的副教授Jaime Cardenas获得了一项新的国家科学基金会资助，将在2026年之前开发这种芯片。

Cardenas表示，目前最先进的无人机上使用的光纤陀螺仪包含了几公里长的光纤线轴，或者动态范围有限。

当下，陀螺仪的灵敏度和稳定性必须从根本上在它的尺寸和重量之间进行权衡。“随着无人驾驶飞机、无人机和卫星变得越来越小，越来越普遍，对超紧凑导航级陀螺仪的需求将变得至关重要。最先进的微型陀螺仪结构紧凑、坚固耐用，但性能不足，这阻碍了它们在导航中的应用。”

根据Cardenas的说法，弱值放大比传统方法更有优势，因为它可以增强干涉测量的信号，而不会以放大几种形式的技术噪声为代价。但之前的弱值放大演示需要复杂的实验室设置和精确的校准；Cardenas致力于用高质量的因子环谐振器在微型光子芯片上实现弱值放大。

Cardenas在该项目的合作者包括物理学家Andrew Jordan，他曾是罗切斯特大学的教员，现在在查普曼大学工作。Cardenas称，他还将与该大学的David T． Kearns领导力和多样性中心合作，通过对罗切斯特市学区高中生的研究经验，扩大代表性不足群体的参与，激发他们对STEM职业的渴望。