基于量子技術(shù)的慣性傳感器設(shè)備

Infleqtion在2023年德國(guó)慕尼黑光電展覽會(huì)（LASER-World of Photonics）的“量子世界（World of Quantum）”會(huì)議上宣布將開(kāi)發(fā)光學(xué)原子鐘。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，總部位于英國(guó)牛津的量子技術(shù)公司Infleqtion近日從Innovate UK獲得資助，以擴(kuò)充其量子系統(tǒng)的制造能力。Infleqtion曾用名為“Cold Quanta”，于2022年底更名。

這筆金額尚未披露的資金將用于支持開(kāi)發(fā)一種新型光學(xué)原子鐘，其精度和可靠性將超越目前基于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）的原子鐘系統(tǒng)。

Infleqtion項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Cornelis Ravensberger在2023年德國(guó)慕尼黑激光及光電展覽會(huì)的“量子世界”會(huì)議演講介紹這項(xiàng)技術(shù)時(shí)宣布了這一消息。2023年慕尼黑光電展覽會(huì)于6月底在德國(guó)慕尼黑舉辦。

Infleqtion項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Cornelis Ravensberger在“量子世界”會(huì)議上演講

Infleqtion表示，新型光學(xué)原子鐘將比市面上目前同等尺寸最佳的商用原子鐘頻率穩(wěn)定性高50倍以上。這種精確度對(duì)于自主導(dǎo)航、彈性配電以及國(guó)家安全等應(yīng)用來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

Cornelis Ravensberger表示，在包括5G網(wǎng)絡(luò)部署在內(nèi)的各類應(yīng)用對(duì)精確定位、導(dǎo)航和計(jì)時(shí)（PNT）系統(tǒng)需求不斷增長(zhǎng)的推動(dòng)下，量子PNT系統(tǒng)的市場(chǎng)規(guī)模有望顯著增長(zhǎng)。

Cornelis Ravensberger認(rèn)為：“與傳統(tǒng)基于GNSS的原子鐘系統(tǒng)相比，量子PNT系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢(shì)，主要包括提高精度、增強(qiáng)可恢復(fù)性、減小尺寸和重量。同時(shí)量子PNT系統(tǒng)也不依賴于外部信號(hào)，使其不易受天氣條件、干擾信號(hào)和抑制信號(hào)的影響。”

利用來(lái)自Innovate UK的資金，Infleqtion能夠?qū)⑵湫滦凸鈱W(xué)原子鐘推向市場(chǎng)，并使英國(guó)成為量子PNT系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和制造的全球領(lǐng)導(dǎo)者。

“該項(xiàng)目將交付英國(guó)首個(gè)商用光學(xué)原子鐘，這將為許多國(guó)家安全應(yīng)用提供關(guān)鍵的彈性層?！盜nfleption UK總經(jīng)理Timothy Ballance博士在公司公告中表示，“這筆資金將使Infleqtion提高其在英國(guó)的制造能力，以實(shí)現(xiàn)各類量子產(chǎn)品所需系統(tǒng)的制造。再加之我司的工程專業(yè)知識(shí)，我們?cè)诖笠?guī)模交付下一代商用原子鐘領(lǐng)域處于領(lǐng)先市場(chǎng)的有利地位?！?/p>

Infleqtion UK是Infleqtion的全資子公司。Infleption UK在英國(guó)牛津擁有設(shè)備齊全的量子研究實(shí)驗(yàn)室，并為其在英國(guó)開(kāi)發(fā)的光子集成冷原子源（PICAS）產(chǎn)品提供生產(chǎn)設(shè)施。

該公司在拒絕GNSS的環(huán)境中進(jìn)行慣性傳感和先進(jìn)計(jì)時(shí)導(dǎo)航的前沿研究和開(kāi)發(fā)，主要涉及用于通信和國(guó)防應(yīng)用的射頻（RF）傳感器、用于安全量子網(wǎng)絡(luò)的存儲(chǔ)模塊，以及用于計(jì)算和模擬的量子信息平臺(tái)。

基于量子技術(shù)的慣性導(dǎo)航

量子傳感器的潛在應(yīng)用之一就是創(chuàng)造一種在不使用GPS衛(wèi)星系統(tǒng)的情況下提供精確導(dǎo)航的設(shè)備。對(duì)于軍方來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)重要目標(biāo)，因?yàn)閷?duì)手可能試圖通過(guò)干擾無(wú)線電信號(hào)或其他方式來(lái)阻止GPS信號(hào)。

目前Infleqtion正在積極研究利用量子技術(shù)創(chuàng)建非GPS導(dǎo)航系統(tǒng)。Infleqtion與美國(guó)科羅拉多大學(xué)博爾德分校（University of Colorado, Boulder）一直致力于利用機(jī)械設(shè)計(jì)的光學(xué)晶格原子干涉儀來(lái)研究基于量子技術(shù)的慣性傳感器設(shè)備。

基于光學(xué)干涉儀的慣性傳感器設(shè)備示意圖

該設(shè)備利用由光駐波形成的光學(xué)晶格進(jìn)行干涉測(cè)量。如上圖所示，該設(shè)備由銣（Rb）原子的一維陣列構(gòu)成，這些銣原子被蒸發(fā)并加載至磁光阱中。通過(guò)將不同激光照射陣列，并利用相機(jī)觀察所得圖像，該系統(tǒng)可以使用基于人工智能（AI）的強(qiáng)化學(xué)習(xí)和控制技術(shù)來(lái)計(jì)算加速度。Infleqtion方法有諸多優(yōu)點(diǎn)，可以通過(guò)軟件控制實(shí)時(shí)重新配置，具有緊湊型外形尺寸，可以按比例放大以獲得更高靈敏度，并且具有魯棒性。