[技術(shù)前沿]量子導(dǎo)航在新的試驗中起飛
英國的一架短途飛機(jī)最近成為了第一個測試精細(xì)量子技術(shù)的機(jī)載平臺，這可能會開創(chuàng)一個后GPS世界——在這個世界里，基于衛(wèi)星的導(dǎo)航（無論是GPS、北斗、伽利略還是其他）放棄了其作為可信賴導(dǎo)航工具的獨特地位。現(xiàn)在的問題是，這個量子導(dǎo)航需要多長時間才能真正實現(xiàn)呢？
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但是，正如其支持者所體提到的那樣，這項技術(shù)近在眼前了嗎？還是像懷疑論者所說的那樣，需要等到2030年或還要更久的時間。不過，只要該技術(shù)能夠擴(kuò)大規(guī)模，潛在的民用應(yīng)用將是巨大的。
總部位于科羅拉多州博爾德市的Infleption公司負(fù)責(zé)戰(zhàn)略計劃的副總裁Max Perez表示：“第一個應(yīng)用程序，或者說非常有價值的應(yīng)用程序?qū)⑹亲詣雍竭\。隨著 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 縮小這些系統(tǒng)的規(guī)模，它們將開始能夠解決其他領(lǐng)域的問題，例如自動采礦，以及GPS或被削弱的其他工業(yè)環(huán)境。然后，最終，最大的應(yīng)用將是通用的個人自動駕駛汽車，無論是地面還是空中的。”
Infleption及其英國合作伙伴正在測試的一個重大想法是，量子傳感器所能給予的極端靈敏度是否值得權(quán)衡將此類技術(shù)小型化所需的所有昂貴套件，以便將其安裝在飛機(jī)、船、航天器、汽車、卡車或火車上。
將Bose-Einstein Condensates（玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)）轉(zhuǎn)化為導(dǎo)航工具
Infleption技術(shù)的核心是一種被稱為玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)（BEC，的物質(zhì)狀態(tài)，它可以對加速度極其敏感。在沒有外部GPS信號的情況下，能夠密切記錄其每次旋轉(zhuǎn)和加速度的飛機(jī)就是能夠推斷其相對于最后已知位置的確切位置的飛機(jī)。
正如Perez所描述的那樣——該公司尚未發(fā)表關(guān)于其最新里程碑式成就的論文——Infleption的便攜式BEC設(shè)備占據(jù)了8到10個機(jī)架單元的空間。（一個機(jī)架單元表示標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器機(jī)架的寬度為48.3厘米，標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器機(jī)架深度為60-100厘米。）
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5月，該公司將其鉆井平臺搭載在一架英國航空航天146（BAe 146/Avro RJ100）技術(shù)演示機(jī)上。在實驗臺內(nèi)，一組激光轟擊一團(tuán)小的過冷銣原子，在原子之間建立一個單一的量子態(tài)。這種冷原子陷阱的結(jié)果是在整個原子集合體中創(chuàng)造出超靈敏的量子條件，從而形成一個足夠大的物質(zhì)云，可以用標(biāo)準(zhǔn)的實驗室設(shè)備進(jìn)行操作。
利用量子波粒二象性，即物質(zhì)的行為既像微小的臺球，又像波包，工程師可以使用激光和磁場將BEC云分裂成兩個或多個相干的物質(zhì)波包。當(dāng)后來重新組合時，研究了多個波包的干涉模式，以發(fā)現(xiàn)即使是最微小的加速度——比傳統(tǒng)加速度計所能測量的更小——也能到達(dá)波包在三維空間中的位置。
這至少是理論上的想法。
真實世界條件混亂的時間表
在實踐中，任何基于BEC的加速度計都需要至少與現(xiàn)有的傳統(tǒng)加速度計技術(shù)的靈敏度相匹配。
Perez說：“世界上最好的慣性系統(tǒng)，基于環(huán)形激光陀螺儀或光纖陀螺儀，可以……在大約兩周的任務(wù)中保持一海里的精度。這是標(biāo)準(zhǔn)?！?/p>
Perez補(bǔ)充道，Infleption設(shè)備只為在銣云中創(chuàng)建可操縱的BEC狀態(tài)給予了原理證明，因此量子加速度計技術(shù)還沒有一對一的比較。也就是說，他預(yù)計Infleption能夠在一個月或更長的任務(wù)時間內(nèi)保持相同的海里精度，或者相反，將一周任務(wù)的靈敏度提高到十分之一海里左右。
總部位于紐約市的市場研究公司Global Quantum Intelligence的首席內(nèi)容官Doug Finke表示，該技術(shù)的最終應(yīng)用空間是巨大的。
Finke說：“量子導(dǎo)航設(shè)備可能成為量子傳感技術(shù)的殺手級應(yīng)用。然而，在降低成本、尺寸和可靠性方面仍然存在許多挑戰(zhàn)。但如果這項技術(shù)走上與計算類似的道路，從房間大小的大型機(jī)縮小到能放入口袋里，它可能會變得無處不在，甚至可能在本世紀(jì)晚些時候取代GPS?！?/p>
時間框架仍然是一個沒有答案的問題。Finke說：“由于工程挑戰(zhàn)仍有待解決，這還不會立即發(fā)生。這項技術(shù)可能還需要很多年才能成熟。”
弗吉尼亞州亞歷山大市Resilient Navigation and Timing Foundation主席Dana Goward甚至大膽做出了預(yù)測。他說：“至少需要10到15年的時間， ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 才能看到適用于廣泛應(yīng)用的東西。”
Perez提到，到2026年，Infleption將測試其實際加速度計技術(shù)的可靠性，而不僅僅是像5月份那樣在中場建立BEC。Perez表示：“重點在于讓技術(shù)更快地推出，而不是為了更苛刻的應(yīng)用而給予更精確的技術(shù)?！?/p>
文章來源：IEEE電氣電子工程師學(xué)會
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