基于量子技术的惯性传感器设备

Infleqtion在2023年德国慕尼黑光电展览会（LASER-World of Photonics）的“量子世界（World of Quantum）”会议上宣布将开发光学原子钟。

据麦姆斯咨询报道，总部位于英国牛津的量子技术公司Infleqtion近日从Innovate UK获得资助，以扩充其量子系统的制造能力。Infleqtion曾用名为“Cold Quanta”，于2022年底更名。

这笔金额尚未披露的资金将用于支持开发一种新型光学原子钟，其精度和可靠性将超越目前基于全球导航卫星系统（GNSS）的原子钟系统。

Infleqtion项目负责人Cornelis Ravensberger在2023年德国慕尼黑激光及光电展览会的“量子世界”会议演讲介绍这项技术时宣布了这一消息。2023年慕尼黑光电展览会于6月底在德国慕尼黑举办。

Infleqtion项目负责人Cornelis Ravensberger在“量子世界”会议上演讲

Infleqtion表示，新型光学原子钟将比市面上目前同等尺寸最佳的商用原子钟频率稳定性高50倍以上。这种精确度对于自主导航、弹性配电以及国家安全等应用来说至关重要。

Cornelis Ravensberger表示，在包括5G网络部署在内的各类应用对精确定位、导航和计时（PNT）系统需求不断增长的推动下，量子PNT系统的市场规模有望显著增长。

Cornelis Ravensberger认为：“与传统基于GNSS的原子钟系统相比，量子PNT系统具有显著优势，主要包括提高精度、增强可恢复性、减小尺寸和重量。同时量子PNT系统也不依赖于外部信号，使其不易受天气条件、干扰信号和抑制信号的影响。”

利用来自Innovate UK的资金，Infleqtion能够将其新型光学原子钟推向市场，并使英国成为量子PNT系统开发和制造的全球领导者。

“该项目将交付英国首个商用光学原子钟，这将为许多国家安全应用提供关键的弹性层。”Infleption UK总经理Timothy Ballance博士在公司公告中表示，“这笔资金将使Infleqtion提高其在英国的制造能力，以实现各类量子产品所需系统的制造。再加之我司的工程专业知识，我们在大规模交付下一代商用原子钟领域处于领先市场的有利地位。”

Infleqtion UK是Infleqtion的全资子公司。Infleption UK在英国牛津拥有设备齐全的量子研究实验室，并为其在英国开发的光子集成冷原子源（PICAS）产品提供生产设施。

该公司在拒绝GNSS的环境中进行惯性传感和先进计时导航的前沿研究和开发，主要涉及用于通信和国防应用的射频（RF）传感器、用于安全量子网络的存储模块，以及用于计算和模拟的量子信息平台。

基于量子技术的惯性导航

量子传感器的潜在应用之一就是创造一种在不使用GPS卫星系统的情况下提供精确导航的设备。对于军方来说，这是一个重要目标，因为对手可能试图通过干扰无线电信号或其他方式来阻止GPS信号。

目前Infleqtion正在积极研究利用量子技术创建非GPS导航系统。Infleqtion与美国科罗拉多大学博尔德分校（University of Colorado, Boulder）一直致力于利用机械设计的光学晶格原子干涉仪来研究基于量子技术的惯性传感器设备。

基于光学干涉仪的惯性传感器设备示意图

该设备利用由光驻波形成的光学晶格进行干涉测量。如上图所示，该设备由铷（Rb）原子的一维阵列构成，这些铷原子被蒸发并加载至磁光阱中。通过将不同激光照射阵列，并利用相机观察所得图像，该系统可以使用基于人工智能（AI）的强化学习和控制技术来计算加速度。Infleqtion方法有诸多优点，可以通过软件控制实时重新配置，具有紧凑型外形尺寸，可以按比例放大以获得更高灵敏度，并且具有鲁棒性。