英国研发出首款用于精确导航的量子加速计

在伦敦开幕的英国国家量子科技展上， M2激光系统公司宣布其已与帝国理工学院联合研制出首款用于精确导航的量子加速计，并在现场进行了演示。

与当前绝大多数平台依赖全球导航卫星系统（GNSS）通过发送和接收来自绕地球轨道运行的卫星的信号进行定位和导航不同，量子加速计是一套完全独立的系统，无需依赖外部信号。

传统卫星导航的缺陷是容易遭到干扰和屏蔽，在建筑物内、地下等复杂环境中信号极弱甚至可能中断。根据英国政府的估计，卫星导航系统服务每中断一天，就将造成约10亿英镑的损失。

此次展示的量子加速计不但是一套独立、完整的系统，而且便于机动，这也是英国政府近五年来耗资2.7亿英镑开展的“英国国家量子科技计划”所取得的最新成果。

加速计可以测量物体的运动速度随时间变化的具体方式，并依托这一特性和物体运动的起点，计算其新的位置。事实上加速计并非新鲜事物，目前广泛存在于手机、电脑等电子设备中，但如果长时间缺乏外部参照系数，将难以维持其准确性。

帝国理工学院冷物质中心的约瑟夫·考特尔博士称，“当原子处于超冷状态时，就可以用量子力学描述其运动方式，并以此制造出原子干涉仪。原子随干涉仪搭载平台的运动而产生波动，这些微小的变化可以通过‘光学尺’进行精密测量，从而计算出加速度”。

为了使原子保持足够的低温，并在响应加速度时产生可供测量的波动特征，需要功率非常强大且能够精确控制的激光器。M2激光系统公司量子科学家约瑟夫·索姆博士表示，该公司开发了一种用于超低温原子传感器的通用激光系统，并已在量子重力仪中实现了应用，目前也被用于量子加速度计。该通用激光系统具有高功率、低噪声和频率可调性的特点，可以对原子进行冷却，并为测量加速度提供“光学尺”。

据悉，新型量子加速计的系统设计可用于大型机动平台的导航，例如船舶和列车，其原理也可以用于基础科学研究，如寻找暗能量和引力波，帝国理工学院的科研团队也正在对其进行深入研究。