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摆脱卫星:量子传感器有望实现未来的无GPS导航

发表时间:2022-12-23 20:05

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不要让钛金属壁或蓝宝石窗户欺骗您。正是这个小巧而好奇的设备内部的东西,有朝一日可能会开启一个新的导航时代。



一年多来,鳄梨大小的真空室在适当的条件下容纳了一团原子,以进行精确的导航测量。桑迪亚国家实验室科学家Peter Schwindt说,这是第一个小型,节能和可靠的设备,有可能将量子传感器 - 使用量子力学超越传统技术的传感器 - 从实验室转移到商业用途。


他说,桑迪亚将这个腔室开发为未来不依赖GPS卫星的导航系统的核心技术。今年早些时候在《AVS Quantum Science》杂志上对此进行了描述。


世界各地的无数设备都使用 GPS 进行寻路。这是可能的,因为原子钟以极其精确的计时而闻名,使卫星网络保持完美同步。


但Schwindt说,GPS信号可能会扰或欺骗,可能会使商用和军用车辆上的导航系统失效。


因此,施温特说,未来的车辆可能会跟踪自己的位置,而不是依赖卫星。他们可以使用像原子钟一样精确的机载设备来做到这一点,但是通过将激光照射到像桑迪亚所包含的铷气体小云中来测量加速度和旋转。


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紧凑性是实际应用的关键


原子加速度计和陀螺仪已经存在,但它们太笨重且耗电,无法用于飞机的导航系统。这是因为他们需要一个大型真空系统来工作,一个需要数千伏特电力的系统。


“量子传感器是一个不断发展的领域,你可以在实验室中展示很多应用,”桑迪亚博士后科学家Bethany Little说,他正在为这项研究做出贡献。“但是当你把它转移到现实世界中时,你必须解决很多问题。两个使传感器紧凑而坚固。物理学都发生在一立方厘米(0.06立方英寸)的体积中,所以任何比这更大的东西都是浪费空间。


利特尔说,她的团队已经证明,量子传感可以在没有高功率真空系统的情况下工作。这样可以在不牺牲可靠性的情况下将封装缩小到实际尺寸。


一对称为吸气剂的设备使用化学反应来结合入侵者,而不是动力真空泵,该真空泵可以带走泄漏并破坏测量结果的分子。每个吸气剂的大小与铅笔橡皮擦差不多,因此它们可以塞在从钛包装中伸出的两个窄管中。它们也可以在没有电源的情况下工作。


为了进一步防止污染物进入,Schwindt与桑迪亚材料科学家合作,用钛和蓝宝石建造了这个腔室。这些材料特别擅长阻挡氦气等气体,氦气可以挤压不锈钢和耐热玻璃。资金由桑迪亚的实验室指导研发计划提供。


建筑采用了复杂的制造技术,桑迪亚已经磨练了这些技术来粘合核武器部件的先进材料。就像核武器一样,钛室必须可靠地工作多年。


桑迪亚团队正在继续监控该设备。他们的目标是保持密封和运行五年,这是表明该技术已准备好投入使用的重要里程碑。与此同时,他们正在探索简化制造的方法。(资料来源:桑迪亚国家实验室)



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