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)導航依賴于全球導航衛(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。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201811/394560.htm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計劃(National Quantum Technologies Programme)所帶來的技術進步,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?!?/p>
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先位置
M Squared的量子技術科學家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中心的Ed Hinds教授說:“我認為這種量子技術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?!?/p>
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?!?/p>
評論