美國能源部桑迪亞國家實驗室展示的先進尋路技術(shù)終于可以變得緊湊、可實戰(zhàn)。一年多來，這個鱷梨大小的“真空室”在合適的條件下容納了一團原子，用于精確的導(dǎo)航測量。桑迪亞國家實驗室的科學(xué)家Peter Schwindt說，這是第一個足夠小、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--從實驗室推向商業(yè)使用。

Peter說，桑迪亞實驗室開發(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)。今年早些時候，《AVS量子科學(xué)》雜志對其進行了描述。

世界上無數(shù)的設(shè)備都使用GPS進行尋路。這是可能的，因為以極其精確的計時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，他認為未來的車輛可能會跟蹤自己的位置，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)備來實現(xiàn)這一目標，但這些設(shè)備通過將激光照射到小型銣氣云中來測量加速度和旋轉(zhuǎn)，就像桑迪亞實驗室開發(fā)的裝置所包含的那種。

緊湊性是現(xiàn)實世界應(yīng)用的關(guān)鍵

原子加速計和陀螺儀已經(jīng)存在，但它們太過笨重和耗電，無法在飛機的導(dǎo)航系統(tǒng)中使用。這是因為它們需要一個大型的真空系統(tǒng)來工作，這個系統(tǒng)需要數(shù)千伏的電力。

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

Bethany說，她的團隊已經(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實用的尺寸，而不犧牲可靠性。一對被稱為"獲取器"的設(shè)備取代了動力真空泵，后者會將漏入的分子吹走并破壞測量結(jié)果，這對設(shè)備使用化學(xué)反應(yīng)來綁定“束縛入侵者”。每個獲取器的大小與鉛筆橡皮差不多，因此它們可以被塞進鈦合金包裝中伸出的兩個狹窄的管子里。它們還可以在沒有電源的情況下工作。

為了進一步阻擋污染物，Peter與桑迪亞國家實驗室的材料科學(xué)家合作，用鈦和藍寶石建造了這個“真空室”。這些材料在阻擋像氦氣這樣的氣體方面特別出色，因為氦氣可以擠破不銹鋼和Pyrex玻璃。這項研究的資金由桑迪亞的實驗室指導(dǎo)研究和開發(fā)計劃提供。

研究人員在建造時采用了桑迪亞為粘合核武器部件的先進材料而開發(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。

桑迪亞團隊正在繼續(xù)監(jiān)測該裝置。他們的目標是使其密封并運行五年，這是一個重要的里程碑，表明該技術(shù)已經(jīng)準備好投入使用。同時，他們正在探索精簡制造的方法。