擺脫衛星：量子傳感器有望實現未來的無GPS導航

不要讓鈦金屬壁或藍寶石窗戶欺騙您。正是這個小巧而好奇的設備內部的東西，有朝一日可能會開啟一個新的導航時代。

一年多來，鱷梨大小的真空室在適當的條件下容納了一團原子，以進行精確的導航測量。桑迪亞國家實驗室科學家Peter Schwindt說，這是第一個小型，節能和可靠的設備，有可能將量子傳感器 - 使用量子力學超越傳統技術的傳感器 - 從實驗室轉移到商業用途。

他說，桑迪亞將這個腔室開發為未來不依賴GPS衛星的導航系統的核心技術。今年早些時候在《AVS Quantum Science》雜志上對此進行了描述。

世界各地的無數設備都使用 GPS 進行尋路。這是可能的，因為原子鐘以極其精確的計時而聞名，使衛星網絡保持完美同步。

但Schwindt說，GPS信號可能會擾或欺騙，可能會使商用和軍用車輛上的導航系統失效。

因此，施溫特說，未來的車輛可能會跟蹤自己的位置，而不是依賴衛星。他們可以使用像原子鐘一樣精確的機載設備來做到這一點，但是通過將激光照射到像桑迪亞所包含的銣氣體小云中來測量加速度和旋轉。

緊湊性是實際應用的關鍵

原子加速度計和陀螺儀已經存在，但它們太笨重且耗電，無法用于飛機的導航系統。這是因為他們需要一個大型真空系統來工作，一個需要數千伏特電力的系統。

“量子傳感器是一個不斷發展的領域，你可以在實驗室中展示很多應用，”桑迪亞博士后科學家Bethany Little說，他正在為這項研究做出貢獻。“但是當你把它轉移到現實世界中時，你必須解決很多問題。兩個使傳感器緊湊而堅固。物理學都發生在一立方厘米（0.06立方英寸）的體積中，所以任何比這更大的東西都是浪費空間。

利特爾說，她的團隊已經證明，量子傳感可以在沒有高功率真空系統的情況下工作。這樣可以在不犧牲可靠性的情況下將封裝縮小到實際尺寸。

一對稱為吸氣劑的設備使用化學反應來結合入侵者，而不是動力真空泵，該真空泵可以帶走泄漏并破壞測量結果的分子。每個吸氣劑的大小與鉛筆橡皮擦差不多，因此它們可以塞在從鈦包裝中伸出的兩個窄管中。它們也可以在沒有電源的情況下工作。

為了進一步防止污染物進入，Schwindt與桑迪亞材料科學家合作，用鈦和藍寶石建造了這個腔室。這些材料特別擅長阻擋氦氣等氣體，氦氣可以擠壓不銹鋼和耐熱玻璃。資金由桑迪亞的實驗室指導研發計劃提供。

建筑采用了復雜的制造技術，桑迪亞已經磨練了這些技術來粘合核武器部件的先進材料。就像核武器一樣，鈦室必須可靠地工作多年。

桑迪亞團隊正在繼續監控該設備。他們的目標是保持密封和運行五年，這是表明該技術已準備好投入使用的重要里程碑。與此同時，他們正在探索簡化制造的方法。（資料來源：桑迪亞國家實驗室）