英国研制量子导航定位系统QPS

在当前的陆、海、空交通运输中，全球定位系统已经成为一种必不可少的定向导航工具。如果全球定位系统失灵，我该怎么办？英国国防科技实验室(DSTL)正在研究一种基于超冷原子的加速度计——量子定位系统(QPS)，它可以以前所未有的精度跟踪你的位置。

根据《新科学家》网站上最近的一份报告，英国海军将在2016年使用这一量子系统将停泊船只与航行船只分开，并记录船只的位置，精确度比以前高1000倍。如果QPS在海上成功测试，它将进一步减少到用于飞机、火车、汽车甚至手机，为城市交通和自动驾驶车辆提供一个备用导航工具。

全球定位系统在水下会失灵，所以潜艇下沉后会失去全球定位系统信号。此时，加速度计被用来导航和记录每一次扭转和转向，但目前的加速度计并不准确。DSTL的内尔·斯坦菲尔德说:“如果目前没有全球定位系统的定位，潜艇可能会在一天内偏离航向约1公里，而QPS将会把偏离减小到1米。”

激光可以在真空中捕获原子云，并将其冷却到绝对零度以上不到1度。在超低温下，原子会变成量子态，很容易被外力干涉破坏。这时，另一束激光被用来跟踪和监测由干涉引起的任何变化，并且可以计算出外力的大小。DSTL团队希望在水下环境中使用该系统，因为潜艇会在海水的作用下左右摇摆，造成轻微的偏离。

QPS原型就像一个1米长的鞋盒。起初，它只能沿一个轴工作。在加上另外两个激光器和捕获的原子后，它可以在三维空间协调运动。每个激光器可以冷却一百万个铷原子。"一旦我们掌握了第一代，我们就能使它们小型化，并在其他地方使用它们."斯坦菲尔德说。他们将于2015年9月首先在陆地上进行实验。

目前，QPS号还没有完工，它无法区分轻微的重力效应和由船舶运动引起的加速度。“如果潜艇穿过水下山脉，山脉的重力会把它吸引到西边，而且它感觉好像在向东加速。我们需要一张好的重力图来指引它朝着正确的方向前进。”伦敦帝国理工学院冷材料中心的爱德华·海德说。

除了DSTL团队，中国和澳大利亚也在研究量子导航系统。英国北约潜艇救援服务负责人、前皇家海军潜艇驾驶员约翰·波伊斯说:“超精密导航系统可以让潜艇船长睡得更好。由于潜艇不再需要担心失去与全球定位系统的联系，这也将使巡航探测变得更加容易。”

波伊斯认为，这项技术最大的影响可能是，在小型化之后，它将用于未来的武器。“虽然潜艇的位置不需要精确到几米和几厘米，但需要导弹和炮弹。”

它的应用超越了武器。研究小组负责人斯蒂芬·泰尔(Stephen Thiel)表示:“10至20年前，我们需要一台大型低温冰箱，但原子云的激光冷却改变了一切，下一代制冷技术可能会延伸到从汽车到智能手机的一切领域。”我们相信它会在尺寸和能耗方面有所下降，以适应仪表盘。"