【產(chǎn)通社，8月29日訊】拆開智能手機(jī)或VR耳機(jī)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)里面有一個(gè)微小的運(yùn)動(dòng)傳感器，可以跟蹤位置和運(yùn)動(dòng)。而用于船只、飛機(jī)和其他交通工具的靈敏度高1000倍的導(dǎo)航級(jí)設(shè)備，大小可裝滿一輛卡車。

美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Sandia Labs）的研究人員首次使用硅光子微芯片組件執(zhí)行原子干涉測(cè)量的量子傳感技術(shù)，這是一種測(cè)量加速度的超精確方法，可在GPS信號(hào)不可用時(shí)執(zhí)行導(dǎo)航的量子羅盤的最新里程碑。該發(fā)現(xiàn)作為封面故事發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》，并介紹了一種新的高性能硅光子調(diào)制器——控制微芯片上的光的設(shè)備。

原子干涉儀是一個(gè)充滿小房間的傳感器系統(tǒng)，一個(gè)完整的量子羅盤——更準(zhǔn)確地說是量子慣性測(cè)量單元——需要六個(gè)原子干涉儀。但是，Sandia團(tuán)隊(duì)已經(jīng)找到了減小體積、重量和能量需求的方法。他們已經(jīng)用一個(gè)鱷梨大小的真空室取代了大而耗電的真空泵，并將幾個(gè)通常精密排列在光學(xué)臺(tái)上的組件整合成一個(gè)單一的剛性裝置。

這種新型調(diào)制器是微芯片上激光系統(tǒng)的核心，堅(jiān)固到足以應(yīng)對(duì)劇烈振動(dòng)，將取代冰箱大小的傳統(tǒng)激光系統(tǒng)。激光在原子干涉儀中執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)，Sandia團(tuán)隊(duì)使用四個(gè)調(diào)制器來移動(dòng)單個(gè)激光的頻率，以執(zhí)行不同的功能。

然而，調(diào)制器通常會(huì)產(chǎn)生稱為邊帶的無用回波，需要減輕。Sandia的抑制載波單邊帶調(diào)制器將這些邊帶降低了前所未有的47.8分貝，實(shí)現(xiàn)了近100,000倍的下降。

除了尺寸之外，成本一直是部署量子導(dǎo)航設(shè)備的主要障礙。每個(gè)原子干涉儀都需要一個(gè)激光系統(tǒng)，而激光系統(tǒng)需要調(diào)制器。

目前，一個(gè)全尺寸單邊帶調(diào)制器市售超過10,000美元，將龐大、昂貴的元件小型化到硅光子芯片中有助于降低成本。新發(fā)現(xiàn)可以在一個(gè)8英寸晶圓上制作數(shù)百個(gè)調(diào)制器，在12英寸晶圓上制作的更多。

由于使用了與現(xiàn)有計(jì)算機(jī)芯片相同的工藝，這種復(fù)雜的四通道組件能以比今天的商業(yè)替代品低得多的成本進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，從而以更低的成本生產(chǎn)量子慣性測(cè)量單元。

隨著這項(xiàng)技術(shù)接近實(shí)地部署，該團(tuán)隊(duì)正在探索導(dǎo)航以外的其他用途，如通過檢測(cè)地球引力的微小變化來幫助定位地下洞穴和資源。他們還看到了該發(fā)明的光學(xué)元件的潛力，包括激光雷達(dá)、量子計(jì)算和光通信中的調(diào)制器。

該團(tuán)隊(duì)的宏偉計(jì)劃是將原子干涉儀變成一個(gè)緊湊的量子羅盤，打開學(xué)術(shù)研究的商業(yè)化之門。原子干涉儀是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，可以成為GPS導(dǎo)航的絕佳工具，新發(fā)現(xiàn)將使其更穩(wěn)定、更易開采、更具商業(yè)可行性。查詢進(jìn)一步信息，請(qǐng)?jiān)L問官方網(wǎng)站http://newsreleases.sandia.gov/motion_sensor/。（張怡，產(chǎn)通發(fā)布）