英國研制量子導(dǎo)航定位系統(tǒng)QPS

【摘要】在當(dāng)前的陸?？战煌ㄖ校蚨ㄎ幌到y(tǒng)（GPS）已成為必不可少的定向?qū)Ш焦ぞ?。萬一GPS失靈，那該怎么辦？英國國防科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（DSTL）正在研究一種以超冷原子為基礎(chǔ)的加速計(jì)——量子定位系統(tǒng)（QPS），能前所未有地精確跟蹤你的位置。

    在當(dāng)前的陸?？战煌ㄖ?，全球定位系統(tǒng)（GPS）已成為必不可少的定向?qū)Ш焦ぞ摺Ｈf一GPS失靈，那該怎么辦？英國國防科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（DSTL）正在研究一種以超冷原子為基礎(chǔ)的加速計(jì)——量子定位系統(tǒng)（QPS），能前所未有地精確跟蹤你的位置。

    據(jù)英國《新科學(xué)家》網(wǎng)站近日?qǐng)?bào)道，英國海軍2016年將用這種量子系統(tǒng)把系泊艦和航行艦分開，記錄艦船位置，精確度比以往提高1000倍。如果QPS海上測試成功，將進(jìn)一步縮小用在飛機(jī)、火車、汽車甚至手機(jī)上，為城市交通、自動(dòng)駕駛車輛提供一種后備導(dǎo)航工具。

    GPS會(huì)在水下失靈，所以潛艇下沉后會(huì)失去GPS信號(hào)，此時(shí)要用加速計(jì)來導(dǎo)航，記錄每次扭身、轉(zhuǎn)向，但目前的加速計(jì)并不精確。DSTL的內(nèi)爾·斯坦菲爾德說：“目前如果沒有GPS定位，潛艇在水面航行一天可能偏離航線1公里左右，而QPS會(huì)將偏離減小到1米?！?/P>

    激光能捕獲真空中的原子云，并使其冷卻到絕對(duì)零度以上不到1度，超低溫下原子會(huì)變成一種量子態(tài)，這種量子態(tài)很容易受外力干擾而破壞，這時(shí)用另一束激光來跟蹤監(jiān)測干擾造成的任何變化，就能計(jì)算出外力大小。由于潛艇航行時(shí)會(huì)受到海水作用而左右搖晃，導(dǎo)致略微偏向，DSTL小組希望能把這套系統(tǒng)用在水下環(huán)境。

    該QPS樣機(jī)就像個(gè)1米長的鞋盒，一開始只能沿一條軸線工作，加入另外兩套激光器和捕獲的原子之后，就能協(xié)調(diào)三維方向的運(yùn)動(dòng)了。每套激光器能給100萬個(gè)銣原子制冷。“一旦我們掌握了第一代，就能把它們小型化用到其他地方。”斯坦菲爾德說。他們將于2015年9月先在陸地上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

    目前該QPS尚未完成，它還不能把微小的萬有引力效果和船只運(yùn)動(dòng)造成的加速區(qū)分開來?！叭绻麧撏ㄟ^一個(gè)水下山脈，山脈的萬有引力把它向西吸引，感覺上就像它在向東加速。我們要有很好的萬有引力地圖才能把它引導(dǎo)到正確方向?！?倫敦帝國學(xué)院冷物質(zhì)中心的愛德華·海因德說。

    除了DSTL小組以外，中國和澳大利亞也在研究量子導(dǎo)航系統(tǒng)。英國法斯萊恩北約（NATO）潛艇救援服務(wù)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人、前皇家海軍潛艇駕駛員約翰·波伊斯說：“超精導(dǎo)航系統(tǒng)能讓潛艇船長睡得更好。由于潛艇不必再擔(dān)心與GPS失聯(lián)，也會(huì)讓巡航探測更輕松?！?/P>

    波伊斯認(rèn)為，該技術(shù)可能產(chǎn)生的最大影響是微型化以后用在未來武器上?！半m然潛艇的位置不需要精確到幾米幾厘米，但導(dǎo)彈、炮彈需要。”

    它的應(yīng)用還不止武器范圍。研究小組負(fù)責(zé)人斯蒂芬·蒂爾說：“10到20年前我們需要一個(gè)巨大的低溫制冷器，但激光制冷原子云改變了一切，下一代制冷技術(shù)可能拓展到方方面面，從汽車到智能手機(jī)?！拔覀兿嘈潘诔叽绾秃哪芊矫娑紩?huì)下降到能裝在儀表板上?！保ǔ｛惥?nbsp;