全球首款量子“羅盤”問世

全球首款量子“羅盤”圖片來源：英國帝國理工學院官網

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

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。雖然加速度計出現在手機和筆記本電腦等設備中，但它們必須頻繁地重新校準，若用于導航，每次最多只能連續工作幾個小時。研究團隊在英國國家量子技術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，在這種超冷狀態下，冷原子表現為“量子”方式，就像物質和波一樣。帝國理工學院冷物質中心的約瑟夫·科特博士說：“當原子超冷時，我們必須用量子力學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，具有高功率、低噪聲和頻率可調性等特征，可對原子進行冷卻，并為加速度測量提供光學標尺。研究人員指出，新量子“羅盤”的設計初衷是為大型車輛、船只等導航，但也可用于尋找暗能量和引力波等基礎科學研究。2013年，量子研究被英國政府確定為優先領域，研究重點是軍事技術。此后，通過英國國家量子技術計劃，英國政府在5年內對該領域投資了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，很多技術的基礎都是量子物理，只是普通人無知無覺。現在，基于量子物理的量子加速度計問世，它不依賴GPS，靠著自己就能實現精準定位和精確導航。量子物理問世100余年，基于量子技術的各類應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得到大規模應用的設備，讓它們變得更簡易，也更準確。量子技術的商業應用時代是不是已經啟幕了呢？（劉霞）