【行业前沿】量子技术+惯性导航，美国海军研究实验室的最新研究成果

卫星是现代作战部队的眼睛，一旦失去定位导航系统，基本就处于被动挨打的局面。如俄乌战争期间，双方对GNSS信号的高度依赖及对GNSS信号的干扰行为尤为明显。这种背景促使各国军事和科技部门寻求更为稳定和可靠的导航解决方案。美国海军研究实验室(NRL)最近开发出了一种新型量子导航工具——连续3D冷却原子束干涉仪（Continuous 3D-Cooled Atom Beam Interferometer）。这种装置是一种新型的量子技术惯性导航工具，利用量子技术，大幅提高惯性导航的精度。

美国海军研究实验室量子光学部门的研究物理学家乔纳森·克沃莱克表示：“通过对冷的、连续的原子进行操作，我们已经打开了一扇门，可以获得许多优势以及新颖的测量技术。最终，我们希望使用这项技术来改进惯性导航系统，从而减少我们对GPS的依赖。

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工作原理

该装置利用先进的量子技术，特别是冷原子技术和原子干涉仪原理，显著提高了惯性导航的精确度。

首先利用激光将原子冷冻到接近绝对零度的超低温状态，在这样的温度下，原子的运动几乎消失，保证了原子不受外界因素干扰。被冷却的原子通过原子束干涉仪，形成两股分支，沿着不同的路径前进，在另一点上叠加。

由于原子在不同路径上会受到不同的影响，如重力或磁场等等，当他们再次相遇时，就会在波函数重叠原理的作用下，形成干涉图样，根据这些图样，就可以准确计算出运动的位置，从而进行导航。

惯性导航是利用加速计和陀螺仪为核心器件，参考运动物体的轨迹变化，不断计算物体运动时的速度、位置和姿态。完全依赖于自身传感器的数据，无需任何外部辅助，也不发出任何信号。这表明了惯性导航与外部环境无交互，无论在任何环境下，都可以准确计算出载体的位置、速度、姿态，轻松适应于各类环境，不易被干扰，也难以被发现踪迹。

但是惯性导航具有随着时间的推移而误差加大的弊端。要维持精确制导，需要复杂的仪器和高昂的成本。美军开发出的连续3D冷却原子束干涉仪能够长时间的保持测量、监测、细微的方位和速度变化的高精度数据采集，极大提升了导航的抗干扰和保持精准度。

美国海军研究实验室系统研究副总监Gerald Borsuk表示：“惯性导航领域的目的是提供GPS无法提供的导航信息。原子干涉测量法的出现为惯性传感提供了一种新的方法，有可能解决当前最先进技术的一些缺陷。”

审核编辑 黄宇