|
來(lái)源：云頭條 來(lái)自倫敦帝國理工學(xué)院與光子和量子技術(shù)專(zhuān)業(yè)公司M Squared的一支團隊已演示了英國第一個(gè)用于導航的量子加速度計。 今天的大多數導航依賴(lài)GPS之類(lèi)的全球導航衛星系統（GNSS），這類(lèi)系統可以發(fā)送和接收來(lái)自繞地球運行的衛星的信號。量子加速度計是一個(gè)獨立的系統，不依賴(lài)任何外部信號。 這一點(diǎn)尤其重要，因為衛星信號可能因高層建筑物等阻礙因素而無(wú)法使用，或者可能被堵塞、模仿或拒絕，因而無(wú)法進(jìn)行準確導航。衛星服務(wù)無(wú)法使用一天會(huì )讓英國損失10億英鎊。 現在，英國的一支科研團隊首次在國家量子技術(shù)展示會(huì )上演示了一種可移動(dòng)的獨立量子加速度計，這次盛會(huì )展示了英國國家量子技術(shù)計劃所取得的技術(shù)進(jìn)步，為此英國政府五年來(lái)已投入2.7億英鎊。 該設備由倫敦帝國理工學(xué)院和M Squared建造，由國防科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗室的未來(lái)感知與態(tài)勢感知計劃、工程與物理科學(xué)研究委員會(huì )以及英國創(chuàng )新組織三方提供資金來(lái)源。它是英國第一個(gè)商業(yè)上可行的量子加速度計，有望用于導航。 加速度計測量物體的速度隨時(shí)間的推移發(fā)生怎樣的變化。再結合物體的起點(diǎn)，就能計算出新的位置。 使用超冷原子的精度 加速度計已存在了一段時(shí)間，目前應用于在手機和筆記本電腦之類(lèi)的技術(shù)中。但是如果沒(méi)有外部參照，這些設備無(wú)法在較長(cháng)時(shí)間內保持準確度。 
加速度計的特寫(xiě)鏡頭 量子加速度計依賴(lài)測量超冷原子的特性而獲得的精度和準確度。在極低的溫度下，原子表現出“量子”的行為方式，工作起來(lái)既像物質(zhì)又像波。 來(lái)自帝國理工學(xué)院冷物質(zhì)中心的約瑟夫?科特（Joseph Cotter）博士說(shuō)：“原子處于超冷狀態(tài)時(shí)，我們必須用量子力學(xué)來(lái)描述其運動(dòng)方式，這讓我們得以制造出所謂的原子干涉儀�！� 隨著(zhù)原子不斷移動(dòng)，它們的波特性受到車(chē)輛加速度的影響。使用“光學(xué)標尺”，加速度計就能夠非常準確地測量這些微小變化。然后借助幾個(gè)相對簡(jiǎn)單的方程式，就可以計算出你的準確位置。 為了使原子足夠冷，并且在響應加速度時(shí)探測原子的特性，就需要能夠精確控制的非常強大的激光器。 讓英國處于即將到來(lái)的量子時(shí)代的前沿 M Squared的量子技術(shù)科學(xué)家約瑟夫?湯姆（Joseph Thom）博士說(shuō)：“我們致力于使冷原子量子傳感器實(shí)現商業(yè)化，作為這項工作的一部分，我們開(kāi)發(fā)了一種用于冷原子傳感器的通用激光器系統，我們已經(jīng)將該系統部署在我們研制的量子重力儀中。這種激光器現在還用于我們與帝國理工學(xué)院一同研制的量子加速度計。該激光器系統結合了高功率、超低噪聲和頻率可調性，可以對原子進(jìn)行冷卻，并提供用于加速度測量的光學(xué)標尺�！� 目前的系統是為大型車(chē)輛的導航而設計的，比如船舶、甚至列車(chē)。然而，該原理還可以用于基礎科學(xué)研究，比如尋找暗能量和引力波，帝國理工學(xué)院的團隊還在研究這個(gè)領(lǐng)域。 帝國理工學(xué)院冷物質(zhì)中心的埃德?海因茲（Ed Hinds）教授說(shuō)：“我認為讓人極其興奮的是，這種量子技術(shù)正走出基礎科學(xué)實(shí)驗室，應用于更廣闊的實(shí)際問(wèn)題，而這一切完全得益于只能從這種量子系統才能獲得的極好的靈敏度和可靠性�！� 但這不是你會(huì )在智能手機中發(fā)現的技術(shù)：本周在倫敦展示的原型系統大概有3英尺寬，而且價(jià)格非常昂貴。 此外，它目前只能在一個(gè)平面上進(jìn)行測量。研究人員表示，他們很快就能在三個(gè)平面上進(jìn)行測量，使其成為完全獨立的超級羅盤(pán)，可以在任何時(shí)候告訴你它的準確位置。 不過(guò)它確實(shí)是物理學(xué)理論的第一個(gè)實(shí)際原型。據推測，研究團隊的計劃是逐漸減小尺寸、降低成本，最終讓它應用于像自動(dòng)駕駛汽車(chē)這樣的系統。 M Squared的創(chuàng )始人兼首席執行官格雷姆?馬爾科姆（Graeme Malcolm）博士說(shuō)：“這種商業(yè)上可行的量子設備即加速度計將讓英國處于即將到來(lái)的量子時(shí)代的前沿。實(shí)現量子導航潛力的這個(gè)合作項目表明了英國在結合工業(yè)界和學(xué)術(shù)界方面擁有獨特的優(yōu)勢――立足于科學(xué)前沿的進(jìn)步，走出實(shí)驗室，打造旨在改善社會(huì )的實(shí)際應用�！� |
