GPS系統(tǒng)是美國(guó)建立并推廣的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，在美軍軍事設(shè)備中起到關(guān)鍵作用，一旦失去了導(dǎo)航系統(tǒng)的支持，美軍很可能就打不了仗，然而干擾這種設(shè)備的成本和技術(shù)門(mén)檻都很低，一旦某一區(qū)域被大規(guī)模干擾，美軍很可能就要面對(duì)不適應(yīng)復(fù)雜電磁環(huán)境作戰(zhàn)的尷尬，被低技術(shù)對(duì)手擊敗。

       而現(xiàn)在洛克希德·馬丁公司的工程師迪馬里奧說(shuō)，他和他的團(tuán)隊(duì)可能有一個(gè)解決方案：量子傳感器。

圖1 迪馬里奧的方案

       近五年來(lái)，迪馬里奧的團(tuán)隊(duì)一直在制造一個(gè)設(shè)備原型：一個(gè)長(zhǎng)約一英尺，直徑六英寸的圓柱體，其中包含一個(gè)比鹽晶體略大的人造鉆石立方體，鉆石含有特殊雜質(zhì); 在其重復(fù)的碳原子立方晶格中，碳偶然會(huì)缺失，其鄰域是氮原子。這些所謂的氮空位中心，在鉆石內(nèi)部形成一個(gè)類似分子的二重奏，被證明是優(yōu)秀的磁傳感器。當(dāng)綠色激光照射鉆石時(shí)，氮空位中心會(huì)發(fā)出紅光，由于量子力學(xué)的影響，鉆石會(huì)根據(jù)其所處的磁場(chǎng)發(fā)出或多或少的光。

       迪馬里奧使用鉆石來(lái)探測(cè)地球磁場(chǎng)中被稱為磁異常的獨(dú)特波紋和畸變，一旦識(shí)別出異常，就可以將其用作導(dǎo)航的參考點(diǎn)。迪馬里奧說(shuō)，目前，船舶和飛機(jī)一般不使用磁異常進(jìn)行導(dǎo)航，因?yàn)榇蠖鄶?shù)磁傳感器只能測(cè)量場(chǎng)強(qiáng)，而不能測(cè)量場(chǎng)指向的方向。但他的團(tuán)隊(duì)的設(shè)備可以衡量?jī)烧?，該設(shè)備不需要和衛(wèi)星通信也能發(fā)揮作用，因此這種量子傳感器不會(huì)被干擾也無(wú)法被攻擊。

圖2 洛馬的設(shè)備

       到目前為止，迪馬里奧和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在汽車和輪船上測(cè)試了運(yùn)動(dòng)中的該傳感器導(dǎo)航能力。目前，迪馬里奧希望將裝載該設(shè)備的圓柱體縮小到高爾夫球的大小，這樣就可以安裝到任何設(shè)備上。

       迪馬里奧和他的團(tuán)隊(duì)并不是唯一一個(gè)投注量子導(dǎo)航的人，美國(guó)科羅拉多州國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所實(shí)驗(yàn)室，物理學(xué)家漢森正在研究用于感應(yīng)磁旋轉(zhuǎn)的量子陀螺儀。例如，飛行員目前使用陀螺儀來(lái)保持飛機(jī)水平，而自動(dòng)駕駛汽車則使用它們進(jìn)行導(dǎo)航。但是陀螺儀漂移隨著時(shí)間的推移誤差不斷變大，飛行員必須每小時(shí)重置陀螺儀一次，這是一個(gè)很大程度上自動(dòng)化的過(guò)程，而量子陀螺儀可能更可靠，因?yàn)樗鼈兏静粫?huì)漂移，它們的基本成分是原子，不會(huì)隨時(shí)間扭曲。

圖3 量子導(dǎo)航儀測(cè)量的磁場(chǎng)變化

       漢森的設(shè)備安裝在桌面上，大小相當(dāng)于兩個(gè)堆疊的迷你盒。里面是一個(gè)玻璃室，比糖塊小，含有800萬(wàn)個(gè)銣原子。激光操縱原子，這些原子的行為更像波浪在池塘中碰撞而不是離散的粒子。碰撞產(chǎn)生波紋圖案，當(dāng)成像時(shí)，看起來(lái)像一堆條紋。如果腔室旋轉(zhuǎn)，條紋也將旋轉(zhuǎn)。條紋的數(shù)量告訴你旋轉(zhuǎn)的程度; 并且模式的變化甚至?xí)沂镜厍蛞?chǎng)的強(qiáng)度。漢森說(shuō)，總的來(lái)說(shuō)，這種旋轉(zhuǎn)信息和地球場(chǎng)的測(cè)量也可以作為導(dǎo)航工具。

       一旦美軍解決了GPS瓶頸，就可能大幅度提升在復(fù)雜電磁環(huán)境下的作戰(zhàn)能力。