來自法國的一組研究人員開發了第一個三向混合量子慣性傳感器，它可以在不使用衛星信號的情況下測量加速度。這個突破性設備的核心是「物質波干涉測量」，它使用了量子力學的兩個不同特徵：波粒二象性和疊加性。
在雲中
該裝置由一團銣原子組成，這些銣原子被冷卻到接近絕對零度的溫度，放置在真空中，由於重力而處於自由落體狀態。
一旦冷卻，將雷射照射在原子上，可在銣原子中產生物質波。根據量子力學定律，在極低的溫度下，原子的行為不像標準粒子。它們也表現為波，可以像光一樣發生衍射和干涉。
在雷射束擊中原子後，它們的能量狀態首先會發生變化。
法國光學研究所教授兼荷蘭國家量子計劃Quantum Delta NL量子傳感計劃協調員Philippe Bouyer說：「根據量子力學，原子可以同時處於基態和激發態。換句話說，原子吸收了一些光，但同時沒有吸收任何光。這種奇特的狀態被稱為量子疊加。」
論文的共同作者Bouyer說：「處於這種狀態的銣原子像是兩個朝不同方向發展的物質波：一種是原子遵循其軌跡的狀態，就好像它從未與光相互作用一樣；另一種波則遵循軌跡，就好像它被光推動了一樣。」
快速且連續發送的第二個雷射脈衝反轉成兩種狀態，而第三個脈衝確保路徑重疊，從而實現干擾。該過程連續重複三次，每次雷射束在不同的方向軸上對齊。
當設備改變其動量時，干涉條紋會發生變化。這種情況下，反射鏡將雷射束從雷射源反射到銣原子上。
Bouyer說：「每個軸上有一個鏡子反映雷射的位置，原子由於重力不斷下降，所以測量的是鏡子和原子之間的相對加速度。」
高精度
量子慣性傳感器不需要任何校準，因為原子的能級、光的頻率以及它對應的光子動量是事先知道的。除了發生干涉所需的時間和雷射的頻率外，還可以使用力學方程計算加速度。
此外，在接近絕對零度的溫度下，原子的運動速度可以控制在1cm/s的精度，而不是室溫下的500m/s，可以檢測到速度的微小變化。
但是，傳感器有一個缺點：它不能進行連續測量。例如，在測量干涉條紋時，如果在100ms時間內有速度變化，就沒有辦法測量。
Bouyer和他的團隊通過將量子傳感器與經典加速度計集成，找到了解決這個問題的方法。共同作者Baptiste Battelier說：「我們使用量子測量，來原位校正經典加速度計的不完美測量，輸出的是校正信號。新傳感器發出穩定的信號，精度是經典加速度計的50倍。這就是混合傳感器不需要通過衛星提供的外部信號進行偏置校正的原因。不過，這些並不會很快就會出現在我們的手機中。因為所有硬體大約要占1立方米的空間，成本約數十萬美元。這種傳感器可用於潛艇、飛機和船隻，它的最大優勢是隱私和自主性。」
編譯：卉可
編輯：慕一