英国实现量子导航，或最终取代GPS，人类是否已进入量子时代？

lishibai

英国实现量子导航，或最终取代GPS，人类是否已进入量子时代？© 由 壹线生活 提供

英国已对量子导航技术进行了测试，这种利用玻色-爱因斯坦凝聚态作为陀螺仪的装置，第一次在导航中架起了微观量子世界和宏观物质世界的桥梁，其精度有望达到目前最好的惯性导航的5倍，并有可能在本世纪晚些时候彻底取代GPS卫星导航。

这项听起来绝对高大上的精密量子技术，实际是美国科罗拉多博尔德的Infleqtion公司和英国合作伙伴的成果，他们将铷原子云冷却到纳开尔文（nK）范围，也就是10^-9开尔文（K）左右，使其进入玻色-爱因斯坦凝聚态。

玻色-爱因斯坦凝聚态是玻色和爱因斯坦预言的物质状态，当温度接近绝对零度时，玻色子会聚集在同一量子态中，表现出量子力学的波粒二象性，既能像波一样干涉和衍射，又能像粒子一样具有确定的位置和动量，相当于微观世界和宏观世界在这里交会，可以让科学家们更深入地研究量子力学的基本原理，并开发出高精度的传感器和测量设备，如量子加速度计、原子干涉仪等。

英国实现量子导航，或最终取代GPS，人类是否已进入量子时代？© 由 壹线生活 提供

进入玻色-爱因斯坦凝聚态的大量铷原子，可能有10^5-10^6个之多，直径可达几微米，它们共享同一量子态和波函数，整体表现为一个巨大的量子波包，就像一个单一的“超级原子”，让科学家们可以通过标准实验设备来操控。

Infleqtion公司的量子导航，就是用激光轰击和磁场操控，将铷原子云分裂成两个或多个相干的波包，它们会沿着不同的路径运动，由于路径上的加速度差异会导致相位变化，科学家们通过测量它们重新会合后的干涉图样的相位偏移，就可以精确计算出加速度。

由于玻色-爱因斯坦凝聚态处于最低能量状态，运动极其缓慢，热噪声对测量的影响也极小，因而可以极其精确地测量加速度；玻色-爱因斯坦凝聚态具有高度的相干性，原子之间的相互作用可以被精确控制，这让长时间稳定的加速度测量成为可能；而量子态的高灵敏度，也让玻色-爱因斯坦凝聚态加速度计可以检测到极其微小的加速度变化，对地震监测、重力波探测等高精度领域意义重大。

英国实现量子导航，或最终取代GPS，人类是否已进入量子时代？© 由 壹线生活 提供

这种特性正是Infleqtion公司量子导航的优势所在。虽然现在才开始进行第一次测试，还处于原理证明的阶段，但该公司预计他们的量子导航系统可以让轮船在一周的航行时间内保持1/10海里的精度。可以对比的是，目前最好的惯性导航系统使用环形激光陀螺仪或光纤陀螺仪，可以在两周时间内保持1海里的精度，这意味着量子导航可以达到最好惯性导航的5倍。

所谓惯性导航，就是从某一个确定的地点出发，通过连续不间断地测量加速度，利用积分运算来获得瞬时速度和位置数据，可以不依赖外界的任何信息，不易受到干扰，但误差会随着时间累积，越来越大。

Infleqtion的量子导航，本质上是用量子态来做陀螺仪，通过更精确的测量来减少误差，精度越高，误差就会越小。根据他们的估计，2026年他们将实际测试技术的可靠性，技术成熟则需要很多年，但到本世纪晚些时候，这项技术最终可能会取代GPS。

英国实现量子导航，或最终取代GPS，人类是否已进入量子时代？© 由 壹线生活 提供

当然，这一切都还很遥远。因为在5月份进行的这项飞行测试中，他们的试验设备极为庞大，占据了8到10个机架位——一个标准服务器机架长60-100厘米，宽48.3厘米。要将如此大的设备缩小到现在GPS的大小（最小的是智能手机中的模块，只有几毫米），道路可能还极其漫长。

当然，这些设备占最大体积的还是制冷系统，和超导量子计算机一样，都需要巨大的稀释制冷机来维持量子态。一旦基础理论突破，不再需要冰箱了，那么设备尺寸就可以急剧缩小，大规模应用也就可能成为现实。

所以我觉得这项技术最迷人之处，其实是在量子世界和宏观世界之间搭起了一座桥梁，人类已真的开始进入量子世界了。

laipihou

别急，我们的量子导航早已在研究中了，并且将来一定会领先他们一步投入使用。

oud

国外专家，还真是潜心静心来搞应用研究，纵观国内，高精尖和基础方面的，还真是凤毛麟角，价值观和环境，还是起决定作用

hznetmask

oud 发表于 2024-7-14 19:44
国外专家，还真是潜心静心来搞应用研究，纵观国内，高精尖和基础方面的，还真是凤毛麟角，价值观和环境，还 ...

国外搞诈骗的，假数据的也不少。
大家都一样。

lishibai

hznetmask 发表于 2024-7-14 20:51
国外搞诈骗的，假数据的也不少。
大家都一样。

相对来说还是好一些，国内骗经费的太多了

zrx166

你们只管画PPT，落实还得等兔子来。

oud

lishibai 发表于 2024-7-15 08:08
相对来说还是好一些，国内骗经费的太多了

早几天，一篇新闻不经意的提了下，国内近2000国家级院士和专家，没一个得诺奖的（这个也确实存在意识形态偏见，但学术公平性确实是无可质疑的），国内早先唯一的疟疾原创药评上诺奖却评不上国内院士和专家；这几天又一篇新闻，不经意提到，今年去活澳旅游的，2人报全脱，还顺带提了下一个20多人团全脱，这事整的，真是。

jtwbs

都弄导航了，谁家都没闲着