量子罗盘有望实现无GPS导航|量子_新浪财经

桑迪亚国家实验室的四通道硅光子单边带调制器芯片，每边尺寸为8毫米，标有绿色的桑迪亚雷鸟标志，封装内集成了光纤、线键和陶瓷插针。　　拆开智能手机、健身追踪器或虚拟现实头盔，你会发现里面有一个微小的运动传感器，可以追踪使用者的位置和运动。同样的技术还有更大、更昂贵的型号，它们只有西柚大小，可以帮助船舶、飞机和其他车辆在GPS的辅助下航行。　　现在，科学家们正在尝试制造一种精确的运动传感器，它可以最大限度地减少对全球卫星定位的依赖。直到最近，灵敏度比现在的导航级设备高出一千倍的传感器，尺寸有如一辆卡车大小。但是，随着技术的进步，这种技术的体积和成本都在急剧缩小。　　美国桑迪亚国家实验室的研究人员首次使用硅光子微芯片元件来执行一种名为原子干涉测量法的量子传感技术，这是一种超精确测量加速度的方法，用以开发一种没有全球定位系统信号时可进行导航的量子罗盘最新技术。　　研究小组在《科学进展》（Science Advances）杂志上以封面故事的形式发表了他们的研究成果，并介绍了一种新型高性能硅光子调制器（一种在微芯片上控制光线的装置）。　　这项研究得到了桑迪亚实验室指导研发计划的支持。这项研究部分是在国家安全光子中心（National Security Photonics Center）进行的，该中心是一个合作研究中心，致力于为国家安全部门的复杂问题开发集成光子解决方案。　　当GPS信号不可用时，在现实世界中，准确导航成为一个挑战。在战区，这些挑战会带来国家安全风险，因为电子战部队可能会干扰或欺骗卫星信号，从而扰乱部队的调动和行动。量子传感提供了一种解决方案。通过利用量子力学原理，这些先进的传感器在测量加速度和角速度方面提供了无与伦比的精度，即使在GPS拒止的区域也能实现精确导航。　　通常，原子干涉仪是一种体积约有小房间大小的传感器系统。一个完整的量子罗盘——更准确地说是量子惯性测量单元——需要6个原子干涉仪。　　但研究团队一直在寻找减少其尺寸、重量和电力需求的方法。他们已经用小型的真空室取代了大型、耗电的真空泵，并将通常巧妙地排列在光学台上的几个组件整合到一个单一的刚性设备中。　　新的调制器是微芯片上激光系统的核心。它足够坚固，可以承受剧烈的振动，可以取代通常相当于冰箱大小的传统激光系统。激光器在原子干涉仪中执行多项工作，桑迪亚团队使用4个调制器来改变单个激光器的频率以执行不同的功能。　　除了尺寸之外，成本一直是部署量子导航设备的主要障碍。每个原子干涉仪都需要一个激光系统，而激光系统需要调制器。仅一个全尺寸单边带调制器，即商用调制器，就超过10000美元。将笨重、昂贵的组件小型化到硅光子芯片中有助于降低这些成本。　　随着该技术越来越接近实际部署，该团队正在探索导航以外的其他用途。研究人员正在研究它是否可以通过检测地下洞穴和资源对地球引力的微小变化来帮助定位这些洞穴和资源。他们还看到了这些光学元件（包括调制器）在激光雷达、量子计算和光通信中的潜力。（航柯）