量子羅盤引領(lǐng)導(dǎo)航二次技術(shù)革命

繼20世紀(jì)初量子理論出現(xiàn)后，現(xiàn)在正發(fā)生變革性技術(shù)的第二次量子革命。量子羅盤的問世，顯示這項技術(shù)正在實(shí)現(xiàn)新的突破。

全球定位系統(tǒng)（GPS）為人們出行導(dǎo)航提供了便利，并已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的一部分。

但這種衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)也有它的局限性。比如，在室內(nèi)或是受到外來信號的干擾等，尤其是在核潛艇和油輪等方面，僅僅依賴衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不可靠。

英國格拉斯哥科技公司M Squared Lasers與倫敦帝國理工學(xué)院聯(lián)手共同研發(fā)了一種大有潛力的“量子羅盤”，它利用量子加速度感應(yīng)器可以精確定位。

這種過冷銣原子技術(shù)（super-cooled rubidium atoms）據(jù)說連俄羅斯人都無法對其進(jìn)行干擾。該“量子羅盤”（quantum compass）模型最近在倫敦的一次大會上亮相。

“量子羅盤”用激光使原子處于極低溫度下，然后用量子力學(xué)來測量和計算這些超低溫原子隨其載體行進(jìn)時在速度上出現(xiàn)的細(xì)微變化。

將“量子羅盤”安裝在車船等交通工具上后，只要有載體的初始位置，它就可以根據(jù)測到的速度變化計算出載體當(dāng)前所處位置，完全不依賴外部信號。

目前這種量子"羅盤"的應(yīng)用對象主要是大型船只、火車等大型交通工具，但它的工作原理也適用于基礎(chǔ)科研項目，比如探測暗能量和引力波等。研究團(tuán)隊希望技術(shù)成熟后能將這個系統(tǒng)應(yīng)用到更多領(lǐng)域中。

英國國防部一直在投資建造一種獨(dú)立的導(dǎo)航裝置。它認(rèn)為這種裝置在其核潛艇上能派上特別的用場，核潛艇需要秘密航行、與外部世界隔絕。

研發(fā)該導(dǎo)航裝置的資金來自國防部的研究部門防務(wù)科技實(shí)驗(yàn)所、英國工程學(xué)和物理學(xué)研究理事會以及英國創(chuàng)新署。

據(jù)《金融時報》報道，2013年，量子研究被英國政府確定為優(yōu)先領(lǐng)域，研究重點(diǎn)是軍事技術(shù)。此后，通過英國國家量子技術(shù)計劃，英國政府在5年內(nèi)對該領(lǐng)域的項目投資了2.7億英鎊（約合3.5億美元）。

GPS工作原理

GPS最初是由美國國防部研制和維護(hù)的中距離圓型軌道衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。它可以為地球表面絕大部分地區(qū)（98%）提供準(zhǔn)確的定位、測速和高精度的標(biāo)準(zhǔn)時間。

該系統(tǒng)包括太空中的31顆GPS人造衛(wèi)星；地面上1個主控站、3個數(shù)據(jù)注入站和5個監(jiān)測站，及作為用戶端的GPS接收機(jī)。最少只需其中3顆衛(wèi)星，就能迅速確定用戶端在地球上所處的位置及海拔高度；所能接收到的衛(wèi)星訊號數(shù)越多，譯碼出來的位置就越精確。

該系統(tǒng)由美國政府于1970年代開始進(jìn)行研制，并于1994年全面建成。使用者只需擁有GPS接收機(jī)，比如智能手機(jī)即可使用該服務(wù)。

現(xiàn)在，無論軍用和民用GPS都可以達(dá)到精度在10米以下的定位服務(wù)。

它使用低頻訊號，即使天候不佳仍能保持相當(dāng)?shù)挠嵦柎┩感?。因此快速、省時、高效，并可移動定位。（參考維基百科資料）

雖然衛(wèi)星導(dǎo)航具備以上優(yōu)點(diǎn)，并被廣泛應(yīng)用在軍事以及民用生活中，但GPS的弱點(diǎn)也越來越引起軍用和民事當(dāng)局的關(guān)注，特別是它的信號容易受到干擾和阻斷。

例如，據(jù)情報部門獲悉，至少有兩次由于俄國測試"欺騙性"裝置，導(dǎo)致莫斯科以及黑海地區(qū)居民的手機(jī)GPS系統(tǒng)受到干擾，無法正常工作。

格拉斯哥科技公司M Squared Lasers的約瑟夫·湯姆認(rèn)為，這種量子技術(shù)就可以避免這樣的事情發(fā)生。

他稱，GPS信號很容易被阻斷。一旦這種情況發(fā)生，人們手機(jī)中的導(dǎo)航系統(tǒng)就會受到干擾。但新的量子技術(shù)就可以避免這樣的干擾，因?yàn)樗灰蕾囆盘杹砘貍鬟f。

據(jù)說，該科技公司研制的系統(tǒng)所使用的技術(shù)比GPS還古老，它使用慣性導(dǎo)航技術(shù)（inertial navigation）。該裝置利用感應(yīng)器來確定其速度和方向。

從理論上來講，只要該系統(tǒng)知道最初起點(diǎn)的位置，它就會計算出之后的一切。

該系統(tǒng)最初所遇到的問題是它可能會出現(xiàn)偏離，需要經(jīng)常矯正。然而，通過利用過冷銣原子技術(shù)就可以幾乎避免所有的偏離問題，大大改善了該系統(tǒng)的表現(xiàn)。

M Squared Lasers負(fù)責(zé)人馬爾科姆表示，該系統(tǒng)還處于初期階段，仍有許多改善空間。

但至少將來它可以替代 GPS ，讓人們多一種選擇。特別是它不受信號有無的影響，所以在地底、水下也同樣可以精確導(dǎo)航，對核潛艇、船舶運(yùn)輸?shù)染哂兄匾猛?。但短期?nèi)可能還不會普及到手機(jī)導(dǎo)航上。