无需GPS也可定位，量子技术开启导航新时代

美国桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories）制造了一个具有钛金属外壳、牛油果那么大的真空设备。项目组表示，将来在机车、飞机上配备这样的设备，可以不依赖GPS系统实现定位和导航，安全性更好。

定位导航示意图。

项目参与者之一桑迪亚国家实验室的施温特（Peter Schwindt）说，这个设备使用先进的量子感应器，展示了无需GPS卫星即可实现定位导航的新一代技术。在过去一年来，研究组都在观察这个设备的运行情况。

现在全世界大量的设备都依赖GPS卫星实现定位和导航。施温特说，但是，GPS信号有的时候会被阻塞、或是被劫持，这对于军事用途来说不够安全。有了这种新的导航设备，将来的汽车携带这样一个设备即可安全定位自己所在的位置。

这个设备通过激光照射真空室内的铷气原子云，来测量设备运动的直线加速度和转动角度，从而精确定位设备当前所在的位置。基于此原理的原子加速仪和回转仪早已存在，且其性能比传统感应器更好;但是以前这些设备需要一个巨大的真空密闭式，还要有数千瓦的电力维持其运转，所以只停留在实验室内所研发的技术，无法成为便携式的定位系统。

合作研究员桑迪亚国家实验室的利特尔（Bethany Little）说，量子感应器要投入实际应用，需要解决怎样让设备小巧而且耐用这两个问题。其实里面最核心的物理机制需要用到的真空密闭室只有一立方厘米这么大，因此比这多出的空间都算是浪费。

利特尔介绍说，以前的设备是利用抽气泵维持密闭室的真空状态，其用电量较大。最新的技术使用两块橡皮擦那么大的化学吸气剂，分别置于在这个钛合金设备内部伸出的两个细管内。这种吸气剂会与空气发生化学反应，随时吸收漏进密闭室的空气。用这种方法维持真空无需用电。

为了达到最好的密闭效果，研究人员使用钛金属和蓝宝石作为制造密闭室的材料。施温特说，这样的材料制造的密闭室，其密闭效果比常用的不锈钢和耐热玻璃的效果好得多，能更好的阻止氦气从材料缝隙中漏进密闭室。

项目组介绍说，这个密闭室的制造工艺很复杂，用到了核武器元件所需的高级材料。比如核武器就会用到钛合金密闭室，能保证可靠使用多年。桑迪亚国家实验室是美国国家核安全局（National Nuclear Security Administration）下属的三个研究实验室之一。

这份研究7月15日发表于《AVS量子科学》（AVS Quantum Science）期刊。