首個3D量子加速計研發完成

科技日報北京10月31日電 （記者劉霞）據英國《新科學家》雜誌網站近日報道，法國科學家研製出了首個可以開展三維（3D）測量的量子加速計，有望幫助船隻在沒有GPS信號的時候導航，也可用於更精確繪製地球內部的情況。相關研究已經提交預印本網站（arxiv.org）。

加速計是一種跟蹤物體位置的小型設備，通過檢測物體運動和位置的變化來工作，廣泛應用於手機、無人機等。幾十年前，人們就知道量子效應可用於製造更精確的加速計，但迄今建造的大多數量子加速計只能沿一條直線進行一維測量。為改進這一點，法國國家科學研究中心的菲利普·鮑耶及其同事研製出了首個可以進行3D測量的量子加速計。

這款3D加速計的外殼是一個40釐米長的金屬盒，裏面有3個激光器和1個較小的玻璃盒，玻璃盒裏裝滿了銣原子——所處温度僅比絕對零度高一點點。在這一極端寒冷的温度下，量子效應“現身”，使原子的行為像物質波。

為測量運動的變化，3束激光分別沿盒子的長度、寬度和高度方向照射原子，迫使原子發生碰撞，產生波紋，波紋的性質取決於加速計的運動。通過分析波紋圖案，量子加速計可以計算激光器的加速度。鮑耶表示，由於原子可以被非常精確地控制，所以整個裝置非常精確。

為測試這一點，研究人員將該加速計置於一張可以搖晃和旋轉的桌子上，結果發現計算誤差約為20米；而標準非量子設備的測量誤差為1公里。

澳大利亞國立大學的約翰·克洛斯表示，對於輪船等容易發生振動的大型交通工具，這項技術或許非常適用。配備了量子加速計，如果GPS信號出現故障或被黑客干擾，船隻都可以保持非常準確的航向。

丹麥技術大學的勒內·福斯伯格則指出，所有接近地球表面的物體都會受到地球引力的加速，新設備也可以非常精確地測量到這一點，這可能有助於更精確地繪製地球內部的情況，供採礦所用，因為當設備置於地下油井等的上方時，會檢測到稍微不同的重力加速度。

【總編輯圈點】

不同於GPS導航系統，量子加速計的導航特點，是精確和獨立。GPS需要向圍繞地球軌道運行的衞星發送和接收信號，普通加速計也需要外部參考校準以長期保持其準確性，而量子加速計的準確，源於對超冷原子特性的測量。在極低温度下，原子展現出波粒二象性，波動特性受到設備加速度的影響。本文中的量子加速計則為3D版本，有3束激光照射原子，這一裝置被認為很適合用在輪船等大型交通工具上，可保障其導航安全性。量子導航時代要來了嗎？