英國的一架短途飛機最近成為了第一個測試精細量子技術的機載平臺，這可能會開創(chuàng)一個后GPS世界——在這個世界里，基于衛(wèi)星的導航（無論是GPS、北斗、伽利略還是其他）放棄了其作為可信賴導航工具的獨特地位?，F(xiàn)在的問題是，這個量子導航需要多長時間才能真正實現(xiàn)呢？

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但是，正如其支持者所體提到的那樣，這項技術近在眼前了嗎？還是像懷疑論者所說的那樣，需要等到2030年或還要更久的時間。不過，只要該技術能夠擴大規(guī)模，潛在的民用應用將是巨大的。

總部位于科羅拉多州博爾德市的Infleption公司負責戰(zhàn)略計劃的副總裁Max Perez表示：“第一個應用程序，或者說非常有價值的應用程序將是自動航運。隨著我們縮小這些系統(tǒng)的規(guī)模，它們將開始能夠解決其他領域的問題，例如自動采礦，以及GPS或被削弱的其他工業(yè)環(huán)境。然后，最終，最大的應用將是通用的個人自動駕駛汽車，無論是地面還是空中的?！?/p>

Infleption及其英國合作伙伴正在測試的一個重大想法是，量子傳感器所能提供的極端靈敏度是否值得權衡將此類技術小型化所需的所有昂貴套件，以便將其安裝在飛機、船、航天器、汽車、卡車或火車上。

將Bose-Einstein Condensates（玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)）轉化為導航工具

Infleption技術的核心是一種被稱為玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)（BEC，的物質狀態(tài)，它可以對加速度極其敏感。在沒有外部GPS信號的情況下，能夠密切記錄其每次旋轉和加速度的飛機就是能夠推斷其相對于最后已知位置的確切位置的飛機。

正如Perez所描述的那樣——該公司尚未發(fā)表關于其最新里程碑式成就的論文——Infleption的便攜式BEC設備占據(jù)了8到10個機架單元的空間。（一個機架單元表示標準服務器機架的寬度為48.3厘米，標準服務器機架深度為60-100厘米。）

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5月，該公司將其鉆井平臺搭載在一架英國航空航天146（BAe 146/Avro RJ100）技術演示機上。在實驗臺內，一組激光轟擊一團小的過冷銣原子，在原子之間建立一個單一的量子態(tài)。這種冷原子陷阱的結果是在整個原子集合體中創(chuàng)造出超靈敏的量子條件，從而形成一個足夠大的物質云，可以用標準的實驗室設備進行操作。

利用量子波粒二象性，即物質的行為既像微小的臺球，又像波包，工程師可以使用激光和磁場將BEC云分裂成兩個或多個相干的物質波包。當后來重新組合時，研究了多個波包的干涉模式，以發(fā)現(xiàn)即使是最微小的加速度——比傳統(tǒng)加速度計所能測量的更小——也能到達波包在三維空間中的位置。

這至少是理論上的想法。

真實世界條件混亂的時間表

在實踐中，任何基于BEC的加速度計都需要至少與現(xiàn)有的傳統(tǒng)加速度計技術的靈敏度相匹配。

Perez說：“世界上最好的慣性系統(tǒng)，基于環(huán)形激光陀螺儀或光纖陀螺儀，可以……在大約兩周的任務中保持一海里的精度。這是標準?！?/p>

Perez補充道，Infleption設備只為在銣云中創(chuàng)建可操縱的BEC狀態(tài)提供了原理證明，因此量子加速度計技術還沒有一對一的比較。也就是說，他預計Infleption能夠在一個月或更長的任務時間內保持相同的海里精度，或者相反，將一周任務的靈敏度提高到十分之一海里左右。

總部位于紐約市的市場研究公司Global Quantum Intelligence的首席內容官Doug Finke表示，該技術的最終應用空間是巨大的。

Finke說：“量子導航設備可能成為量子傳感技術的殺手級應用。然而，在降低成本、尺寸和可靠性方面仍然存在許多挑戰(zhàn)。但如果這項技術走上與計算類似的道路，從房間大小的大型機縮小到能放入口袋里，它可能會變得無處不在，甚至可能在本世紀晚些時候取代GPS。”

時間框架仍然是一個沒有答案的問題。Finke說：“由于工程挑戰(zhàn)仍有待解決，這還不會立即發(fā)生。這項技術可能還需要很多年才能成熟。”

弗吉尼亞州亞歷山大市Resilient Navigation and Timing Foundation主席Dana Goward甚至大膽做出了預測。他說：“至少需要10到15年的時間，我們才能看到適用于廣泛應用的東西?！?/p>

Perez提到，到2026年，Infleption將測試其實際加速度計技術的可靠性，而不僅僅是像5月份那樣在中場建立BEC。Perez表示：“重點在于讓技術更快地推出，而不是為了更苛刻的應用而提供更精確的技術?！?/p>

文章來源：IEEE電氣電子工程師學會