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在科学家将关键的冰箱大小的激光系统挤压在一个微芯片上后量子指南针更接近取代GPS

2024-08-27 21:50阅读：

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在科学家将关键的冰箱大小的激光系统挤压在一个微芯片上后量子指南针更接近取代 GPS

By Skyler Ware
published 1 hour ago
Computing
量子指南针需要每个原子干涉仪是一个小房间尺寸的六个原子干涉仪。但科学家们已经对小型化这些装置做出了关键的步伐。
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在科学家将关键的冰箱大小的激光系统挤压在一个微芯片上后量子指南针更接近取代GPS

该调制器是在开发微型“量子指南针”中的最新步骤。' (Image credit: Craig Fritz, Sandia National Laboratories.)
研究人员已经朝向制造一个手持式“量子指南针”采取了关键的一步，有朝一日可以帮助人们不用全球定位系统 （GPS）导航。
科学家们成功的将通常典型的一个冰箱大小的激光系统小型化来执行一种叫原子干涉测量的传感技术。该系统现在适合安装在一个硅微芯片上，该团队于 7 月 10 日在《科学进展（Science Advances）》 杂志上报告了。.
研究的主要作者、阿尔伯克基桑迪亚国家实验室的硅光子学科学家 考迪噶拉（Ashok Kodigala ）在一份声明中说，“我认为这真的很令人兴奋，我们正在为许多不同应用在小型化中做出很多进展” 。
像光一样，电子有时行为像波一样。原子干涉测量法利用这一属性来精确测量加速度、旋转和角速度。这些变量可以帮助量子指南针用户不用 GPS测量和跟踪他们自己的位置，因为 GPS 依赖于在装置和卫星之间持续的传输信号。
与一个发射光束的激光不同，一个原子干涉仪发射一束超冷原子，然后它用光而不是镜子来操纵该光束。干涉仪测量相位差，是否不同路径上原子之间的波的波峰和波谷与彼此对齐。跨两条路径的能量中的任何变化例如一个原子从一个与光的相互作用接收能量将原子移入和移出相位。科学家能用它来测量原子的加速度有多快。
通常，所需来制造一个量子指南针的六个原子干涉仪会装满一个小房子。但科学家们通过利用光子集成电路-一种现有的微型激光技术-来建造能为不同的功能调整光束的频率的微型调制器使系统的部分更小。
不过，调制器也带来它们自身的挑战。它们往往添加叫边带的光的“回波”， 为仪器恰当的工作需要被抑制。通过仔细调谐控制调制器的无线电频率，该团队降低了不要的边带的强度100000 倍。
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考迪噶拉在声明中说，“与在那里的相比，我们已经急剧的改进了性能”。
尽管这个进展，但微型量子指南针只是还没有准备好上架。科学家们仍工作在来微型化其他组件并将它们全部集成到一个单个芯片上。但该团队已经在缩小系统的其他部分以及加强这个精密的装置抵抗振动、冲击和辐射做出了迈步。
最终，量子指南针可以帮助人们在GPS不可利用的区域或当 GPS 信号被封锁时冲突区域中的导航。被开发来支持指南针的技术可能在其他领域发现应用，例如激光雷达和量子计算。
该研究的合著者、桑迪亚的量子传感科学家彼得·施温特 （Peter Schwindt） 在声明中说，“我有一个围绕看到这些技术移动进入实际应用的热情”。
https://www.livescience.com/technology/computing/quantum-compasses-closer-to-replacing-gps-squeeze-key-laser-system-onto-microchip


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