量子羅盤來了不必抱怨GPS收訊不良

想像一下，一個只有晶片大小的量子羅盤，上面電路運作不是利用電流，而是光束。桑迪亞國家實驗室科學家開發的量子羅盤，向成功商業化邁出了巨大一步，或成為取代GPS的備案。

編譯／高晟鈞

想像一下，一個只有晶片大小的量子羅盤，上面電路運作不是利用電流，而是光束。（圖／123RF）

無GPS導航攸關國家安全

全球定位系統（GPS）為人們出行導航提供了便利，已然是人們生活中不可缺少的一部分。但這種衛星導航技術也有它的局限性。比如，在室內容易受到外來信號或是物理建築的干擾等，尤其是在核潛艇和油輪等方面，僅僅依賴衛星導航系統不可靠。

而在一些衝突頻繁的國家邊界，倘若敵方電子戰部隊成功干擾或欺騙衛星訊號，更是有可能造成己方軍隊團隊全滅，進而影響國家安全。

「量子羅盤」是利用雷射使原子處於極低溫度下，用量子力學來測量和計算超低溫原子行進時出現的細微速度變化。對於量子羅盤來說，只要有載體的初始位置，就能根據速度變化計算出載體的當前位置，完全不依賴信號。

一個完整量子羅盤大致上包含了幾個部分：原子干涉儀、微晶片雷射系統（調製器、雷射晶片）。量子羅盤真正商業化的關鍵，不外乎兩點：體積和成本。

研究團隊使用了新的微調製器，取代了體積相當於一台冰箱的傳統雷射系統。新調製器可謂是微晶片雷射系統的核心，除了可以抑制不必要的雜訊（下降近100,000倍），還能改變單一雷射頻率來執行不同功能。

除了尺寸方面，成本也是部署量子導航設備的主要障礙。每個原子干涉儀都需要一個雷射系統，而雷射系統需要調製器。僅僅一個市售調製器成本就可能超過10,000美元。

研究團隊透過將多個組件小型化，並整合至矽光子晶片上，成功降低了成本，單單一塊8英寸的晶圓上，可以製造數百個調製器。除此之外，晶圓的製造，也能使用現今的CMOS製程來製造，包括複雜的四通到組件，或是額外的客製化功能。

下一步，該團隊希望整合原子干涉儀與雷射系統，製造出真正的「量子羅盤」。或許有一天，我們不再需要舉起手機GPS，因收訊不良而不停咒罵。

資料來源:ScitechDaily

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