科技日?qǐng)?bào)記者?劉霞
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據(jù)英國《新科學(xué)家》雜志網(wǎng)站近日?qǐng)?bào)道，法國科學(xué)家研制出了首個(gè)可以開展三維（3D）測(cè)量的量子加速計(jì)，有望幫助船只在沒有GPS信號(hào)的時(shí)候?qū)Ш剑部捎糜诟_繪制地球內(nèi)部的情況。相關(guān)研究已經(jīng)提交預(yù)印本網(wǎng)站（arxiv.org）。
量子加速計(jì)可幫助船只導(dǎo)航。圖片來源：《新科學(xué)家》網(wǎng)站
加速計(jì)是一種跟蹤物體位置的小型設(shè)備，通過檢測(cè)物體運(yùn)動(dòng)和位置的變化來工作，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、無人機(jī)等。幾十年前，人們就知道量子效應(yīng)可用于制造更精確的加速計(jì)，但迄今建造的大多數(shù)量子加速計(jì)只能沿一條直線進(jìn)行一維測(cè)量。為改進(jìn)這一點(diǎn)，法國國家科學(xué)研究中心的菲利普·鮑耶及其同事研制出了首個(gè)可以進(jìn)行3D測(cè)量的量子加速計(jì)。
這款3D加速計(jì)的外殼是一個(gè)40厘米長的金屬盒，里面有3個(gè)激光器和1個(gè)較小的玻璃盒，玻璃盒里裝滿了銣原子——所處溫度僅比絕對(duì)零度高一點(diǎn)點(diǎn)。在這一極端寒冷的溫度下，量子效應(yīng)“現(xiàn)身”，使原子的行為像物質(zhì)波。
為測(cè)量運(yùn)動(dòng)的變化，3束激光分別沿盒子的長度、寬度和高度方向照射原子，迫使原子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生波紋，波紋的性質(zhì)取決于加速計(jì)的運(yùn)動(dòng)。通過分析波紋圖案，量子加速計(jì)可以計(jì)算激光器的加速度。鮑耶表示，由于原子可以被非常精確地控制，所以整個(gè)裝置非常精確。
為測(cè)試這一點(diǎn)，研究人員將該加速計(jì)置于一張可以搖晃和旋轉(zhuǎn)的桌子上，結(jié)果發(fā)現(xiàn)計(jì)算誤差約為20米；而標(biāo)準(zhǔn)非量子設(shè)備的測(cè)量誤差為1公里。
澳大利亞國立大學(xué)的約翰·克洛斯表示，對(duì)于輪船等容易發(fā)生振動(dòng)的大型交通工具，這項(xiàng)技術(shù)或許非常適用。配備了量子加速計(jì)，如果GPS信號(hào)出現(xiàn)故障或被黑客干擾，船只都可以保持非常準(zhǔn)確的航向。
丹麥技術(shù)大學(xué)的勒內(nèi)·福斯伯格則指出，所有接近地球表面的物體都會(huì)受到地球引力的加速，新設(shè)備也可以非常精確地測(cè)量到這一點(diǎn)，這可能有助于更精確地繪制地球內(nèi)部的情況，供采礦所用，因?yàn)楫?dāng)設(shè)備置于地下油井等的上方時(shí)，會(huì)檢測(cè)到稍微不同的重力加速度。
總編輯圈點(diǎn)：
不同于GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，量子加速計(jì)的導(dǎo)航特點(diǎn)，是精確和獨(dú)立。GPS需要向圍繞地球軌道運(yùn)行的衛(wèi)星發(fā)送和接收信號(hào)，普通加速計(jì)也需要外部參考校準(zhǔn)以長期保持其準(zhǔn)確性，而量子加速計(jì)的準(zhǔn)確，源于對(duì)超冷原子特性的測(cè)量。在極低溫度下，原子展現(xiàn)出波粒二象性，波動(dòng)特性受到設(shè)備加速度的影響。本文中的量子加速計(jì)則為3D版本，有3束激光照射原子，這一裝置被認(rèn)為很適合用在輪船等大型交通工具上，可保障其導(dǎo)航安全性。量子導(dǎo)航時(shí)代要來了嗎？
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