超越GPS 量子光子芯片有望革新未来的无人机导航技术

罗切斯特大学的研究人员正在开发光子芯片，这种芯片可以取代无人驾驶飞行器或无人机目前使用的陀螺仪，使它们能够在全球定位系统信号受到干扰或无法使用的地方飞行。科学家们利用一种称为弱值放大的量子技术，旨在通过小型手持式光子芯片提供与散装光学陀螺仪相同的灵敏度水平，从而有可能改变无人机的导航方式。

光学研究所副教授海梅-卡德纳斯（Jaime Cardenas）获得了美国国家科学基金会（National Science Foundation）的新资助，用于在2026年前开发这种芯片。卡德纳斯说，目前最先进的无人机使用的光纤陀螺仪包含数公里长的光纤线轴，或者动态范围有限。

在美国国家科学基金会的资助下，罗切斯特大学的研究人员正在开发光子芯片，利用一种名为弱值放大的量子技术来取代无人机中使用的机械陀螺仪。资料来源：罗切斯特大学/J. Adam Fenster

他说："现在，陀螺仪的灵敏度和稳定性必须在尺寸和重量之间进行基本权衡。随着无人机、无人驾驶飞行器和卫星变得越来越小，越来越无处不在，对超小型导航级陀螺仪的需求将变得至关重要。最先进的微型陀螺仪结构紧凑、坚固耐用，但在性能方面存在缺陷，妨碍了其在导航领域的应用。"

卡德纳斯认为，弱值放大法比传统方法更有优势，因为它可以增强干涉测量的信号，而无需付出放大多种技术噪声的代价。然而，以前的弱值放大演示需要复杂的实验室设置和精确的对准；卡德纳斯致力于在带有高质量因子环形谐振器的微小光子芯片上实现弱值放大。

卡德纳斯在该项目的合作者包括物理学家安德鲁-乔丹（Andrew Jordan），他曾在罗切斯特大学任教，现就职于查普曼大学。卡德纳斯表示，他还将与罗切斯特大学的大卫-卡恩斯领导力与多样性中心（David T. Kearns Center for Leadership and Diversity）合作，通过为罗切斯特市学区的高中生提供研究体验，激发他们对 STEM 职业的渴望，从而扩大未被充分代表的群体的参与。