全球首款量子“羅盤”問世

全球首款量子“羅盤”圖片來源：英國帝國理工學(xué)院官網(wǎng)

據(jù)英國帝國理工學(xué)院官網(wǎng)近日報道，該校研究人員和M Squared公司攜手，研制出全球首款用于導(dǎo)航的量子加速度計。這款量子“羅盤”是不依賴全球定位衛(wèi)星（GPS）的防干擾導(dǎo)航裝置，能確定地球上任何地方的精確位置。今天的大多數(shù)導(dǎo)航依賴包括GPS在內(nèi)的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，這些系統(tǒng)會發(fā)送和接收來自繞地球軌道運行的衛(wèi)星的信號，而新的量子加速度計是一個獨立系統(tǒng)，不依賴任何外部信號。這一點尤其重要，因為衛(wèi)星信號可能遭到封鎖、攔截，甚至蓄意破壞或攻擊，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確導(dǎo)航。

加速度計測量物體速度隨時間變化，借助這一變化以及物體的起點，可計算出物體所在新位置。雖然加速度計出現(xiàn)在手機和筆記本電腦等設(shè)備中，但它們必須頻繁地重新校準(zhǔn)，若用于導(dǎo)航，每次最多只能連續(xù)工作幾個小時。研究團隊在英國國家量子技術(shù)展示會上展示了這種可移動、可商用的量子加速度計。它依靠測量極低（接近絕對零度）溫度下超冷原子的運動來工作，在這種超冷狀態(tài)下，冷原子表現(xiàn)為“量子”方式，就像物質(zhì)和波一樣。帝國理工學(xué)院冷物質(zhì)中心的約瑟夫·科特博士說：“當(dāng)原子超冷時，我們必須用量子力學(xué)來描述它們的運動方式，這使我們能制造出原子干涉儀等設(shè)備。”

為使原子足夠冷并探測它們的特性，需要能精確控制的功能強大的激光器。M Squared公司歷時3年研制出了一種用于冷原子傳感器的通用激光系統(tǒng)，具有高功率、低噪聲和頻率可調(diào)性等特征，可對原子進行冷卻，并為加速度測量提供光學(xué)標(biāo)尺。研究人員指出，新量子“羅盤”的設(shè)計初衷是為大型車輛、船只等導(dǎo)航，但也可用于尋找暗能量和引力波等基礎(chǔ)科學(xué)研究。2013年，量子研究被英國政府確定為優(yōu)先領(lǐng)域，研究重點是軍事技術(shù)。此后，通過英國國家量子技術(shù)計劃，英國政府在5年內(nèi)對該領(lǐng)域投資了2.7億英鎊。

量子物理顛覆了宏觀世界的種種常識，具有波粒二象性的粒子顯得那么飄忽神秘。而實際上，很多技術(shù)的基礎(chǔ)都是量子物理，只是普通人無知無覺。現(xiàn)在，基于量子物理的量子加速度計問世，它不依賴GPS，靠著自己就能實現(xiàn)精準(zhǔn)定位和精確導(dǎo)航。量子物理問世100余年，基于量子技術(shù)的各類應(yīng)用也正在向人們走來。利用量子屬性，我們也許可以改造升級更多目前已經(jīng)得到大規(guī)模應(yīng)用的設(shè)備，讓它們變得更簡易，也更準(zhǔn)確。量子技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用時代是不是已經(jīng)啟幕了呢？（劉霞）