桑迪亚国家实验室研发出一种不依赖GPS的量子传感导航设备

桑迪亚国家实验室设计和制造的一个紧凑的装置可能成为下一代导航系统的一个关键组成部分。一年多来，这个牛油果大小的真空室在合适的条件下包含了一团原子，用于精确的导航测量。桑迪亚国家实验室的科学家Peter Schwindt说，这是第一个足够小、节能和可靠的设备，有可能将量子传感器——利用量子力学性能优于传统技术的传感器——从实验室推向商业用途。

作为未来不依赖GPS卫星的导航系统的核心技术。今年早些时候，《AVS量子科学》杂志对它进行了描述。世界上无数的设备都使用GPS来寻路。这是可能的，因为以极其精确的计时而闻名的原子钟可以使卫星网络完全同步。但GPS信号可以被干扰或欺骗，有可能使商业和军用车辆的导航系统失效，Schwindt说。

因此，Schwindt表示，未来的车辆可能会跟踪自己的位置，而不是依赖卫星。他们可以通过像原子钟一样精确的车载设备来做到这一点，但这些设备通过将激光照射到小型铷气云中来测量加速度和旋转，就像桑迪亚公司所包含的那种。

原子加速计和陀螺仪已经存在，但它们太过笨重和耗电，无法在飞机的导航系统中使用。这是因为它们需要一个大型的真空系统来工作，这个系统需要数千伏的电力。

桑迪亚博士后科学家Bethany Little说：“量子传感器是一个不断增长的领域，你可以在实验室里展示很多应用，但当你把它移到现实世界时，有很多问题你必须解决。两个问题是使传感器紧凑和坚固。物理学发生在一立方厘米（0.06立方英寸）的体积内，所以任何大于这个体积的东西都是浪费空间。”

Little说，她的团队已经表明，量子感应可以在没有高功率真空系统的情况下工作。这将封装缩小到一个实用的尺寸而不牺牲可靠性。

取而代之的是一对被称为“获取器”的设备，它们利用化学反应来束缚入侵者，而不是一个有动力的真空泵，因为真空泵会把漏进来的分子吹走，破坏测量。每个获取器的大小与学生用的橡皮差不多，因此它们可以被塞进钛合金包装中伸出的两个狭窄的管子里。它们还可以在没有电源的情况下工作。

为了进一步阻挡污染物，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。这些材料在阻挡像氦气这样的气体方面特别出色，因为氦气容易挤破不锈钢和Pyrex玻璃，设备建造时采用了桑迪亚公司为粘合核武器部件的先进材料而磨练出来的复杂制造技术，与核武器一样，钛室必须可靠地工作多年。

桑迪亚团队正在继续监测该装置。他们的目标是使其密封并运行五年，这是一个重要的里程碑，表明该技术已经准备好投入使用。同时，他们正在探索精简制造的方法。