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美國量子導航獲突破,飛彈不再依賴GPS?稱中國在第三層次

作者:宇宙天文館

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未來全面戰争中,如果率先向對方發起第一波攻擊,會選擇哪些目标作為打擊對象?

不是對方的軍事基地,不是交通樞紐,而是遊蕩在外太空的衆多衛星。衛星是現代部隊的眼睛,一旦失去定位導航系統,基本就處于被動挨打的局面。

雖然直接攻擊對方衛星的技術到目前為止,隻有少數幾個國家掌握,但這已經足以達成世界的戰略平衡,大國之間輕易不會采取如此極端的手段。

但如果有國家掌握了不用衛星也能精準定位導航的技術呢?

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美國海軍宣稱,他們研制出了一種裝置,叫做“連續3D冷卻原子束幹涉儀”,可以在不使用GPS的情況下,一樣進行導航。

這種裝置是一種新型的量子技術慣性導航工具,搭載這種工具的武器,可以不再借助衛星系統而實作自主導航。

要想了解這一裝置的工作原理和特性,還需要從慣性導航說起。

慣性導航是利用慣性敏感器件、基準方向及最初的位置資訊,來确定物體在慣性空間中的位置、方向和速度的自主式導航系統。

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簡單說,就是在已知物體的初始速度和位置的前提下,通過慣性元件,比如加速度計,來實時掌握物體的加速度(即慣性),通過陀螺儀來測量物體的角速度,擷取物體的運動姿态、方向變化,将這些資料綜合計算,就可以擷取物體在任一時間點所處的精準位置。

我們都有過這樣的經曆,在漆黑的夜晚,我們在車上閉着眼睛昏昏欲睡,但我們可以感覺到,車是在加速還是減速,是在向左轉還是向右轉,是在前進還是倒車,這是因為我們的身體中也有一個“慣性導航”裝置。

這就是我們内耳當中的前庭系統,它可以敏銳的感覺到身體的平衡狀态,其原理其實和慣性導航裝置如出一轍。

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早在上世紀50年代,慣性導航就已經開始被人們所應用。

經過數代發展演變,其精确度越來越高,此次美國所公布的連續3D冷卻原子束幹涉儀,則是利用量子技術,大幅提高了慣性導航的精度。

該裝置是利用雷射将原子冷凍到接近絕對零度的超低溫狀态,在這樣的溫度下,原子的運動幾乎消失,保證了原子不受外界因素幹擾。

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被冷卻的原子通過原子束幹涉儀,形成兩股分支,沿着不同的路徑前進,再在另一點上疊加。

由于原子在不同路徑上會受到不同的影響,如重力或磁場等等,當他們再次相遇時,就會在波函數重疊原理的作用下,形成幹涉圖樣,根據這些圖樣,就可以準确計算出運動的位置,進而進行導航。

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這種導航裝置,完全屏蔽了外界的影響,無論是在外太空、深海,還是在地下、隧道之中,它都可以準确計算出物體的位置,能夠輕松适應各種極端環境。

同時,由于量子糾纏的特性,該裝置的導航資料具有不可監測的特性,它不向外發射任何信号,沒有輻射、磁場、電波等等可追蹤的蹤迹,想要從外界擷取它的資訊,至少以人類目前的科技是不可能的。

相對于衛星導航,該裝置無疑大大提高了導航系統的穩定性與安全性,同時具有很高的精準度。

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傳統的GPS系統容易受到幹擾或屏蔽,哪怕是鑽個隧道,導航都會沒有信号。

以當年美國發起的海灣戰争為例,有一些飛彈并未擊中目标,原因就是GPS信号受到環境幹擾,無法正常導航。

量子導航裝置的出現,無疑會在軍事上産生重大影響,它可以适應全天候的所有環境,確定在極端條件下依然正常工作。

無論是飛彈、無人機,甚至炮彈,還是潛艇、太空飛行器乃至單兵,都可以裝備,實作精準導航。

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同時,它的體積非常小,具有很高的隐蔽性和通用性,哪怕是裝在智能手機中也可以使用,這就大大拓展了它的應用範圍。

美國對此技術也是充滿信心,對世界上一些主要國家在該技術領域的能力進行了劃分,将美、英、法三國劃為第一梯隊,認為他們擁有完全自主研發的能力,将中國劃到了第三梯隊,認為具備部分研發能力。

這種評估的依據不知從何而來,不過美國總是對“評級”樂此不疲,我們姑且一看,不過美國所看重的量子技術在慣性導航方面的應用,卻值得大陸予以重視。

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實際上,大陸量子科技領域的研究從上世紀90年代就已經起步,至今已有20多年。

進入21世紀之後,大陸開始在該領域取得成績,2016,大陸首顆量子科學實驗衛星“墨子号”發射升空,在空間尺度上對量子通信進行研究,這在世界上也是第一次。

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2017年,大陸研制的第一台光量子計算機問世,這同樣是世界上的第一台,此後,“九章”系列量子計算機相繼面世,不斷提升大陸在量子計算領域的實力。

2024年1月,大陸第三代超導量子計算機“本源悟空”上線運作,這标志大陸的量子計算技術已經走在了世界前列。

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在量子導航方面,大陸研制的原子自旋陀螺原理樣機,與國外公開報道的最高名額相當,其他相關裝置也均已接近或達到國際領先水準,相信在不久的将來,大陸的量子導航裝置就會與世人見面。

相對來說,大陸在量子科技方面更側重量子通信和量子計算領域,而美國則更側重量子精密測量領域,特别是量子導航,更是美國的高優先級發展項目,率先取得一些突破也在情理當中。

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從科技突破到實際應用,量子技術還有很長一段路要走,目前普遍認為,量子技術的進步将是第四次工業革命的重要組成部分,這一次,中國不會缺席。

參考資料:

[1]解放軍報:《量子導航:新一代導航技術》

[2]中科院:《大陸“墨子号”衛星實作量子安全時間傳遞奠定未來導航基礎》

[3]澎湃新聞:《潘建偉:百年量子,量子資訊方興未艾》

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