來源：中國科技網-科技日報
2014年05月19日 00:44
[導讀] 科技日報訊在當前的陸海空交通中，全球定位系統（GPS）已成為必不可少的定向導航工具。
英國研制量子導航定位系統QPS
精確度比GPS更高 可在水下使用且偏差不超過1米
科技日報訊 在當前的陸海空交通中，全球定位系統（GPS）已成為必不可少的定向導航工具。萬一GPS失靈，那該怎么辦？英國國防科學與技術實驗室（DSTL）正在研究一種以超冷原子為基礎的加速計——量子定位系統（QPS），能前所未有地精確跟蹤你的位置。
據英國《新科學家》網站近日報道，英國海軍2016年將用這種量子系統把系泊艦和航行艦分開，記錄艦船位置，精確度比以往提高1000倍。如果QPS海上測試成功，將進一步縮小用在飛機、火車、汽車甚至手機上，為城市交通、自動駕駛車輛提供一種后備導航工具。
GPS會在水下失靈，所以潛艇下沉后會失去GPS信號，此時要用加速計來導航，記錄每次扭身、轉向，但目前的加速計并不精確。DSTL的內爾·斯坦菲爾德說：“目前如果沒有GPS定位，潛艇在水面航行一天可能偏離航線1公里左右，而QPS會將偏離減小到1米。”
激光能捕獲真空中的原子云，并使其冷卻到絕對零度以上不到1度，超低溫下原子會變成一種量子態，這種量子態很容易受外力干擾而破壞，這時用另一束激光來跟蹤監測干擾造成的任何變化，就能計算出外力大小。由于潛艇航行時會受到海水作用而左右搖晃，導致略微偏向，DSTL小組希望能把這套系統用在水下環境。
該QPS樣機就像個1米長的鞋盒，一開始只能沿一條軸線工作，加入另外兩套激光器和捕獲的原子之后，就能協調三維方向的運動了。每套激光器能給100萬個銣原子制冷。“一旦我們掌握了第一代，就能把它們小型化用到其他地方。”斯坦菲爾德說。他們將于2015年9月先在陸地上進行實驗。
目前該QPS尚未完成，它還不能把微小的萬有引力效果和船只運動造成的加速區分開來。“如果潛艇通過一個水下山脈，山脈的萬有引力把它向西吸引，感覺上就像它在向東加速。我們要有很好的萬有引力地圖才能把它引導到正確方向。” 倫敦帝國學院冷物質中心的愛德華·海因德說。
除了DSTL小組以外，中國和澳大利亞也在研究量子導航系統。英國法斯萊恩北約（NATO）潛艇救援服務機構負責人、前皇家海軍潛艇駕駛員約翰·波伊斯說：“超精導航系統能讓潛艇船長睡得更好。由于潛艇不必再擔心與GPS失聯，也會讓巡航探測更輕松。”
波伊斯認為，該技術可能產生的最大影響是微型化以后用在未來武器上。“雖然潛艇的位置不需要精確到幾米幾厘米，但導彈、炮彈需要。”
它的應用還不止武器范圍。研究小組負責人斯蒂芬·蒂爾說：“10到20年前我們需要一個巨大的低溫制冷器，但激光制冷原子云改變了一切，下一代制冷技術可能拓展到方方面面，從汽車到智能手機。“我們相信它在尺寸和耗能方面都會下降到能裝在儀表板上。”（常麗君）
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