量子“罗盘”诞生，导航不再依赖卫星

　　据麦姆斯咨询报道，近期伦敦帝国理工学院(Imperial College)和M Squared公司的团队成功演示了英国首个用于导航的量子加速度计。大多数导航依赖于全球导航卫星系统(GNSS)，例如全球定位系统(GPS)，它们需要向围绕地球轨道运行的卫星发送和接收信号。量子加速度计是一种独立的系统，不依赖任何外部信号。

　　这一点特别重要，因为卫星信号可能因受到高层建筑等障碍物的阻挡、拦截或中断而无法使用——从而导致无法精确导航。在英国，如果中断卫星服务一天将可能损失10亿英镑。

　　帝国理工学院和M Squared公司共同研制的量子加速度计

　　日前，在国家量子技术展示会上，英国团队首次演示了一种便携式独立量子加速度计。这次展会活动显示了英国国家量子技术计划(National Quantum Technologies Programme)所带来的技术进步，英国政府五年来为该计划投资了2.7亿英镑。

　　该设备由伦敦帝国理工学院和M Squared制造，研究资金由国防科学与技术实验室的未来感知和情境意识计划(Future Sensing and Situational Awareness Programme)、工程和物理科学研究委员会以及创新英国(Innovate UK)项目三方资助。它代表了英国首个商业可行的量子加速度计，可用于导航。

　　加速度计可用于测量物体的速度随时间的变化量。利用加速计，若已知物体的起点，就可以计算出该物体新的位置。

　　利用超冷原子的精度

　　加速度计已存在很久，并广泛应用在移动电话和笔记本电脑等技术中。但是，如果没有外部参考校准，这些设备无法长时间保持其准确性。

　　量子加速度计的精密度和准确度依赖于对超冷原子特性的测量。在极低温度下(接近绝对零度)，原子表现为“量子”物态，像粒子又像波的双重特性。

　　来自帝国理工学院冷物质中心的Joseph Cotter博士说：“当原子处于超冷状态时，我们就必须用量子力学来描述它们的运动方式，这也使我们能够制造出所谓的原子干涉仪。”

　　随着原子温度的下降，它们的波动特性将受到移动装置加速度的影响。利用“光学标尺”，这种加速度计就能够非常精确地测量这些微小的变化。

　　为了使原子温度降得足够低，并在响应加速度时探测它们的特性，这就需要非常强大且能被精确控制的激光器。

　　英国将处于即将到来的量子时代的领先位置

　　M Squared的量子技术科学家Joseph Thom博士说：“作为我们冷原子量子传感器商业化工作的一部分，我们开发了一种用于冷原子传感器的通用激光系统，我们已经将其应用在量子重力仪中。这种激光器现在也用于我们与帝国理工学院合作制造的量子加速度计。该激光系统综合了高功率、极低的噪声和频率可调性，可以冷却原子并为加速度测量提供光学标尺。

　　目前的系统是为大型车辆的导航而设计，例如船舶，甚至火车。然而，其原理也可以用于基础科学研究，例如寻找暗能量和引力波，帝国理工学院团队也正在进行这方面研究。

　　来自帝国理工学院冷物质中心的Ed Hinds教授说：“我认为这种量子技术正在逐步走出基础科学实验室，应用于更广阔世界的实际问题，这一切必须依靠这些量子系统才能获得的极高的灵敏度和可靠性，这是非常令人振奋的。”

　　M Squared创始人兼首席执行官Graeme Malcolm博士说：“这种商业上可行的量子设备，即加速度计，将把英国推至即将到来的量子时代的领先位置。这次实现量子导航潜力的合作努力展现了英国将工业界和学术界聚集在一起的独特优势——立足于科学前沿的进步，走出实验室，为更美好的社会打造真实应用。”