量子技術(shù)為潛艇開路

不得不“透氣”的潛艇 現(xiàn)在的飛機(jī)、汽車、輪船，乃至個(gè)人的手機(jī)，都是通過全球定位系統(tǒng)（GPS）來導(dǎo)航的，但潛艇卻有些特別。潛艇固然也用到了GPS，但僅僅在浮出水面的時(shí)候；在水下的時(shí)間，它則是通過一種叫“加速度測量儀”的裝置來導(dǎo)航的。原因無他，蓋因?yàn)镚PS信號(hào)是一種電磁波，而電磁波不能鉆透很深的水體。

那么，加速度測量儀又是如何導(dǎo)航的呢？設(shè)想一艘潛艇從某個(gè)已知的位置出發(fā)，在每一次轉(zhuǎn)彎或者改變速度的時(shí)候，都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)力；根據(jù)這個(gè)力的大小和方向，通過電腦就可以快速計(jì)算出潛艇離開最初位置的距離和方向，于是就可以確定此刻的方位。

但這樣計(jì)算出的位置，遠(yuǎn)沒有GPS定位精確，時(shí)間一長，免不了“失之毫厘，謬之千里”。所以，潛艇要不時(shí)地浮出水面，通過接收GPS信號(hào)來校準(zhǔn)：把最近一次浮出水面的位置當(dāng)作之后航程的起始位置。只要一天不浮出水面用GPS信號(hào)校準(zhǔn)，等它浮出水面時(shí)，實(shí)際所處位置與儀器指示位置的偏離誤差，就會(huì)達(dá)到1千米的量級(jí)。

量子來幫忙 但現(xiàn)在，一位英國科學(xué)家發(fā)明的一種叫“量子加速度測量儀”的裝置，可以把誤差縮小到1米之內(nèi)。

顧名思義，這也是一種加速度測量儀，所以其基本原理跟之前的加速度測量儀是一樣的，只是它對(duì)外力特別敏感而已。

這位科學(xué)家是從一項(xiàng)獲得諾貝爾獎(jiǎng)的技術(shù)中得來靈感的。這項(xiàng)技術(shù)就是華裔科學(xué)家朱棣文等人發(fā)展起來的“利用激光捕獲和冷卻原子”的技術(shù)。利用該技術(shù)，現(xiàn)在可以把一團(tuán)置于真空中的原子，冷卻到比絕對(duì)零度稍微高零點(diǎn)幾個(gè)K。一旦冷卻到如此低的溫度，這團(tuán)原子就進(jìn)入了物理學(xué)上一個(gè)叫“玻色-愛因斯坦凝聚”的量子狀態(tài)。但這個(gè)量子狀態(tài)是很容易被來自外界的力破壞掉的。測量出它受到破壞的程度，就可以計(jì)算出這個(gè)外力的大小和在三維空間的方向。

預(yù)計(jì)2015年，首臺(tái)量子加速度測量儀的樣機(jī)將被制造出來，先在陸地上進(jìn)行測試，若測試獲得成功，到了2016年，將裝配到英國的一艘潛艇上。

敏感也帶來麻煩 說實(shí)話，這套水下定位系統(tǒng)太敏感了，以至于需要把潛艇駛過的不同海域的引力差別都要考慮進(jìn)去。譬如說，當(dāng)潛艇駛過海底的一座山脈附近時(shí)，會(huì)受到山脈微小的引力作用。這個(gè)力會(huì)被量子加速度測量儀探測到。但它自身是無法區(qū)分這是山體的引力還是潛艇轉(zhuǎn)彎或加速產(chǎn)生的力的，這意味著我們還需要配備一份“海底引力分布圖”對(duì)導(dǎo)航做修正。

超級(jí)精確的導(dǎo)航可以讓潛艇在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，更不容易被發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樗恍枰獣r(shí)不時(shí)地浮出水面來接收GPS信號(hào)。不過，這項(xiàng)技術(shù)的最大用處可能還是下一代武器。因?yàn)閷?duì)于潛艇來說，沒必要把定位精確到米的量級(jí)，但對(duì)于導(dǎo)彈或炮彈來說，就有必要了。

除了軍事，在民用上也會(huì)派上大用場。譬如在GPS信號(hào)一旦中斷就非常危險(xiǎn)的場合，如未來自動(dòng)駕駛的汽車等地方，量子加速度測量儀可以暫時(shí)替代GPS。而GPS信號(hào)的中斷也并非罕見，當(dāng)太陽活動(dòng)異常的時(shí)候，GPS信號(hào)是很容易突然中斷的。？笪（石無魚）