GPS,即我们赖以引导核导弹和指引游客前往拉什莫尔山的全球定位系统,已成为敌方攻击的成熟目标。为了应对这种情况,美国科学家正在开发新的方法,利用物质波来测量加速度,从而绕过被屏蔽的 GPS 信号。
GPS 很脆弱,因为卫星广播给智能手机和汽车等接收器的无线电信号非常微弱,即使是低功率干扰器也很容易屏蔽它们。(GPS 设备使用来自多颗卫星的信号来三角定位其位置。)在过去十年中,中国和其他国家已经将用于自身区域导航系统的卫星送入轨道,这些卫星在不同的频率上工作,这意味着在战场上,他们可以屏蔽美国的信号,而不会干扰自己的信号。
为了规避这种潜在风险,美国科学家正在开发可以在 GPS 信号被切断时跟踪物体位置的小工具。这些惯性测量单元(IMU)通过测量自上次 GPS 读数以来加速度的变化来确定目标的位置。到目前为止,基于从机械到激光等各种技术的此类设备通常体积庞大,并且在长时间使用后容易出错。然而,通过利用物质的量子力学特性,工程师们已经开发出可能精确 1000 倍的小工具。
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美国空军首席科学家沃纳·J·A·达姆解释说,这些“冷原子”设备使用激光和磁铁将原子云限制在非常窄的能量范围内。(这种约束使它们在量子力学意义上是“冷的”,而不是在温度上。)在这些条件下,科学家可以检测到物质表现得像波一样。这些设备将这些物质波分成两部分,并将每一部分沿相反方向发送,然后再将它们重新组合在一起。如果设备在波分开时移动,则一个波将比其对应波稍早感受到加速度。激光在波重新组合时检测到这种变化。由于波的波长非常小——只有十亿分之一米大小——科学家可以使用它们进行超精确的加速度测量。这些小工具可能在十年内准备好广泛使用。