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廣皓天
桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)和制造的一個(gè)緊湊的裝置可能成為下一代導(dǎo)航系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵組成部分。一年多來(lái)，這個(gè)鱷梨大小的真空室在合適的條件下包含了一團(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(shuō)，這是第一個(gè)足夠小、節(jié)能和可靠的設(shè)備，有可能將量子傳感器--利用量子力學(xué)性能優(yōu)于傳統(tǒng)技術(shù)的傳感器--從實(shí)驗(yàn)室推向商業(yè)用途。
作為未來(lái)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)它進(jìn)行了描述。世界上無(wú)數(shù)的設(shè)備都使用GPS來(lái)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)完全同步。但GPS信號(hào)可以被干擾或欺騙，有可能使商業(yè)和軍用車輛的導(dǎo)航系統(tǒng)失效，Schwindt說(shuō)。
因此，Schwindt說(shuō)，未來(lái)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(guò)像原子鐘一樣精確的車載設(shè)備來(lái)做到這一點(diǎn)，但這些設(shè)備通過(guò)將激光照射到小型銣氣云中來(lái)測(cè)量加速度和旋轉(zhuǎn)，就像桑迪亞公司所包含的那種。
原子加速計(jì)和陀螺儀已經(jīng)存在，但它們太過(guò)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(lái)工作，這個(gè)系統(tǒng)需要數(shù)千伏的電力。
桑迪亞博士后科學(xué)家Bethany Little說(shuō)："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，但當(dāng)你把它移到現(xiàn)實(shí)世界時(shí)，有很多問(wèn)題你必須解決。兩個(gè)問(wèn)題是使傳感器緊湊和堅(jiān)固。物理學(xué)發(fā)生在一立方厘米(0.06立方英寸)的體積內(nèi)，所以任何大于這個(gè)體積的東西都是浪費(fèi)空間。"
利特爾說(shuō)，她的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)表明，量子感應(yīng)可以在沒(méi)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。
取而代之的是一對(duì)被稱為"獲取器"的設(shè)備，它們利用化學(xué)反應(yīng)來(lái)束縛入侵者，而不是一個(gè)有動(dòng)力的真空泵，因?yàn)檎婵毡脮?huì)把漏進(jìn)來(lái)的分子吹走，破壞測(cè)量。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(méi)有電源的情況下工作。
為了進(jìn)一步阻擋污染物，Schwindt與桑迪亞材料科學(xué)家合作，用鈦和藍(lán)寶石建造了這個(gè)腔室。這些材料在阻擋像氦氣這樣的氣體方面特別出色，因?yàn)楹馊菀讛D破不銹鋼和Pyrex玻璃，設(shè)備建造時(shí)采用了桑迪亞公司為粘合核武器部件的前沿材料而磨練出來(lái)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。
(原標(biāo)題：桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研發(fā)出一種不依賴GPS的量子傳感導(dǎo)航設(shè)備)
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