GPS、北斗等卫星导航，已经彻底改变了人类社会，为我们带来了更便捷，更快速、更精确的世界。但你想过没有，假如有一天GPS突然失灵怎么办？这并不是杞人忧天，战争、自然灾害，甚至太阳风暴，都可能导致GPS信号中断，比如现在俄乌战场周边，人们就饱受GPS被干扰之苦。

尽管有这些因素事实上你也不必过分担心，由于美国桑迪亚国家实验室，正在开发一种全新的导航技术，无需卫星就能达成目标精准定位，目前已经达成目标重大突破，将房间大小的传感器，缩小到了微芯片上，量子导航可能正逐渐走向现实世界。

目前我们所用的传感器，不管是陀螺仪还是加速度计等，都是测量宏观物质的运动状态，依赖设备内部的机械或电子元件，来感知物体的运动和位置，跟踪的是设备整体的物理运动。

而量子传感器是基于量子力学原理，测量微观量子系统（如原子、光子）的状态，通过测量和控制这些量子的行为，来获得极其精确的信息，因而能够达成目标比经典传感器更高的精度。目前通过原子干涉测量，已经可以达成比现有导航设备，高出1000倍的精度。

尽管有这些因素这种原子干涉仪，一个就有一个小房间那么大，要达成目标这种超高精度的量子传感，也就是一个“量子罗盘”，需要6个原子干涉仪，所以你想用它来导航的话，就得在汽车后面拖一个半挂车箱才行。

经过多年的检视，桑迪亚国家实验室的检视人员，已经成功地将原子干涉仪的关键组件微型化，制造出了一个可以放在，芯片上的微型激光系统，相当于把一台冰箱大小的设备，缩小到了指甲盖那么小。

这个微型激光系统的核心，是一种新型的硅光子调制器，可以在微小的芯片上控制光线，并降低不必要的信号干扰。而且这种调制器可以利用，和现有芯片相同的工艺来制造，一个8英寸晶圆就可以制造几百个。这不仅大大减小了设备体积，还显眼降低了成本——此前仅一个激光系统，就超过了10000美元。

桑迪亚国家实验室的最终影响是目标，是制造出小巧、便携、高精度的量子导航设备。随着这项技术越来越走向现实使用，检视人员已开始拓展它的其他使用，例如地下资源探测、光学通信，和量子计算等领域。

当然，它最关键的使用，可能还是在军事领域，用于导弹、飞行器、潜艇等武器装备，全天候、全地形、水下地下的高精度导航，并且现有任何手段都无法干扰，这不容置疑是极为恐怖的——例如斩首行动，或许可以精准到人头。

这项检视发表在7月10日《科学进展》杂志上。

参考：

High-performance silicon photonic single-sideband modulators for cold-atom interferometry,SCIENCE ADVANCES, 10 Jul 2024, Vol 10, Issue 28, DOI: 10.1126/sciadv.ade4454