首个3D量子加速计研发完成

据英国《新科学家》杂志网站近日报道，法国科学家研制出了首个可以开展三维（3D）测量的量子加速计，有望帮助船只在没有GPS信号的时候导航，也可用于更精确绘制地球内部的情况。相关研究已经提交预印本网站（arxiv.org）。

加速计是一种跟踪物体位置的小型设备，通过检测物体运动和位置的变化来工作，广泛应用于手机、无人机等。几十年前，人们就知道量子效应可用于制造更精确的加速计，但迄今建造的大多数量子加速计只能沿一条直线进行一维测量。为改进这一点，法国国家科学研究中心的菲利普·鲍耶及其同事研制出了首个可以进行3D测量的量子加速计。

这款3D加速计的外壳是一个40厘米长的金属盒，里面有3个激光器和1个较小的玻璃盒，玻璃盒里装满了铷原子——所处温度仅比绝对零度高一点点。在这一极端寒冷的温度下，量子效应“现身”，使原子的行为像物质波。

为测量运动的变化，3束激光分别沿盒子的长度、宽度和高度方向照射原子，迫使原子发生碰撞，产生波纹，波纹的性质取决于加速计的运动。通过分析波纹图案，量子加速计可以计算激光器的加速度。鲍耶表示，由于原子可以被非常精确地控制，所以整个装置非常精确。

为测试这一点，研究人员将该加速计置于一张可以摇晃和旋转的桌子上，结果发现计算误差约为20米；而标准非量子设备的测量误差为1公里。

澳大利亚国立大学的约翰·克洛斯表示，对于轮船等容易发生振动的大型交通工具，这项技术或许非常适用。配备了量子加速计，如果GPS信号出现故障或被黑客干扰，船只都可以保持非常准确的航向。

丹麦技术大学的勒内·福斯伯格则指出，所有接近地球表面的物体都会受到地球引力的加速，新设备也可以非常精确地测量到这一点，这可能有助于更精确地绘制地球内部的情况，供采矿所用，因为当设备置于地下油井等的上方时，会检测到稍微不同的重力加速度。

【总编辑圈点】

不同于GPS导航系统，量子加速计的导航特点，是精确和独立。GPS需要向围绕地球轨道运行的卫星发送和接收信号，普通加速计也需要外部参考校准以长期保持其准确性，而量子加速计的准确，源于对超冷原子特性的测量。在极低温度下，原子展现出波粒二象性，波动特性受到设备加速度的影响。本文中的量子加速计则为3D版本，有3束激光照射原子，这一装置被认为很适合用在轮船等大型交通工具上，可保障其导航安全性。量子导航时代要来了吗？