美國(guó)能源部桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室展示的先進(jìn)尋路技術(shù)終于可以變得緊湊、可實(shí)戰(zhàn)。一年多來，這個(gè)鱷梨大小的“真空室”在合適的條件下容納了一團(tuán)原子，用于精確的導(dǎo)航測(cè)量。桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家Peter Schwindt說，這是第一個(gè)足夠小、足夠節(jié)能、足夠可靠的設(shè)備，有可能將量子傳感器--利用量子力學(xué)來超越傳統(tǒng)技術(shù)的傳感器--從實(shí)驗(yàn)室推向商業(yè)使用。

Peter說，桑迪亞實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了該裝置，作為未來不依賴GPS衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)的核心技術(shù)。今年早些時(shí)候，《AVS量子科學(xué)》雜志對(duì)其進(jìn)行了描述。

世界上無(wú)數(shù)的設(shè)備都使用GPS進(jìn)行尋路。這是可能的，因?yàn)橐詷O其精確的計(jì)時(shí)而聞名的原子鐘可以使衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)完美地保持同步。

但Peter稱，GPS信號(hào)可能被干擾或欺騙，有可能使商業(yè)和軍用車輛的導(dǎo)航系統(tǒng)失效。因此，他認(rèn)為未來的車輛可能會(huì)跟蹤自己的位置，而不是依賴衛(wèi)星。他們可以通過與原子鐘一樣精確的車載設(shè)備來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，但這些設(shè)備通過將激光照射到小型銣氣云中來測(cè)量加速度和旋轉(zhuǎn)，就像桑迪亞實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的裝置所包含的那種。

緊湊性是現(xiàn)實(shí)世界應(yīng)用的關(guān)鍵

原子加速計(jì)和陀螺儀已經(jīng)存在，但它們太過笨重和耗電，無(wú)法在飛機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)中使用。這是因?yàn)樗鼈冃枰粋€(gè)大型的真空系統(tǒng)來工作，這個(gè)系統(tǒng)需要數(shù)千伏的電力。

桑迪亞實(shí)驗(yàn)室博士后科學(xué)家Bethany Little說：“量子傳感器是一個(gè)不斷增長(zhǎng)的領(lǐng)域，你可以在實(shí)驗(yàn)室里展示很多應(yīng)用，”他正在為這項(xiàng)研究做出貢獻(xiàn)?！暗?dāng)你把它移到現(xiàn)實(shí)世界時(shí)，有很多問題你必須解決。兩個(gè)問題是使傳感器緊湊和堅(jiān)固。物理學(xué)上的事情都發(fā)生在一立方厘米的體積里，所以任何大于這個(gè)體積的東西都是浪費(fèi)空間。”

Bethany說，她的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)表明，量子傳感可以在沒有高功率真空系統(tǒng)的情況下工作。這將封裝縮小到一個(gè)實(shí)用的尺寸，而不犧牲可靠性。一對(duì)被稱為"獲取器"的設(shè)備取代了動(dòng)力真空泵，后者會(huì)將漏入的分子吹走并破壞測(cè)量結(jié)果，這對(duì)設(shè)備使用化學(xué)反應(yīng)來綁定“束縛入侵者”。每個(gè)獲取器的大小與鉛筆橡皮差不多，因此它們可以被塞進(jìn)鈦合金包裝中伸出的兩個(gè)狹窄的管子里。它們還可以在沒有電源的情況下工作。

為了進(jìn)一步阻擋污染物，Peter與桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的材料科學(xué)家合作，用鈦和藍(lán)寶石建造了這個(gè)“真空室”。這些材料在阻擋像氦氣這樣的氣體方面特別出色，因?yàn)楹饪梢詳D破不銹鋼和Pyrex玻璃。這項(xiàng)研究的資金由桑迪亞的實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)研究和開發(fā)計(jì)劃提供。

研究人員在建造時(shí)采用了桑迪亞為粘合核武器部件的先進(jìn)材料而開發(fā)出來的復(fù)雜制造技術(shù)。與核武器一樣，鈦室必須可靠地工作多年。

桑迪亞團(tuán)隊(duì)正在繼續(xù)監(jiān)測(cè)該裝置。他們的目標(biāo)是使其密封并運(yùn)行五年，這是一個(gè)重要的里程碑，表明該技術(shù)已經(jīng)準(zhǔn)備好投入使用。同時(shí)，他們正在探索精簡(jiǎn)制造的方法。