智能手机、健身追踪器或虚拟现实头戴设备内部都有一个小型运动传感器，用于跟踪设备的位置和运动。相同技术的更大（约葡萄柚大小）、更昂贵的版本精度要高1000倍，可以在GPS的帮助下为船只、飞机和其它车辆导航。
现在，科学家们正尝试制造一种精度极高的运动传感器，以最大限度地减少国家对全球定位卫星的依赖。直至目前，这种传感器——其灵敏度是现有导航级设备的1000倍——仍需要一辆移动卡车大小的空间。但技术的进步正在大幅缩小这项技术的尺寸和成本。
据外媒报道，美国桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories）的研究人员首次使用硅光子微芯片组件进行了称为原子干涉仪的量子传感技术，即一种超精确的加速度测量方法。该新技术是朝着开发量子罗盘方向取得的最新进展，用于在GPS信号不可用的情况下进行导航。
该研究成果已发表在期刊《科学进展》（Science Advances）上。在论文中，研究人员介绍了一种新型高性能硅光子调制器（一种控制微芯片上光的设备）。
图片来源：《Science Advances》
无GPS的导航 事关国家安全
桑迪亚国家实验室的科学家Jongmin Lee表示：“在现场场景中，当GPS信号不可用时，精确导航则会成为一项挑战。”在战区，这些挑战构成了国家安全风险，因为电子战部队可以干扰或伪造卫星信号，从而破坏部队行动。而量子传感技术提供了一种解决方案。
Lee表示：“通过利用量子力学原理，这些先进的传感器可在测量加速度和角速度方面提供无与伦比的精度，即使在GPS不可用的地区也能实现精确导航。”
调制器——芯片级激光系统的核心部件
通常，原子干涉仪是1个占据小房间空间的传感器系统。而1个完整的量子罗盘——更精确地说是量子惯性测量单元——需要6个原子干涉仪。但Lee及其团队一直在寻找减少其尺寸、重量和能耗的方法。他们已经用牛油果大小的真空腔取代了原本体积庞大且耗电量大的真空泵，并将通常精密排列在光学台上的多个组件整合到单一的刚性装置中。
新型调制器是微芯片上激光系统的核心部件。它足够坚固，可以承受强烈的振动，并将取代通常冰箱大小的传统激光系统。激光在原子干涉仪中执行多项任务，而桑迪亚国家实验室的团队使用4个调制器来调整单一激光的频率，以执行不同的功能。然而，调制器常常会产生边带等不必要的回声。
桑迪亚国家实验室的抑制载波单边带调制器将这些边带降低了47.8分贝（这一指标通常用于描述声强，但也适用于光强），从而使其下降了近10万倍。桑迪亚国家实验室的科学家Ashok Kodigala表示：“与现有的调制器相比，新调制器的性能有了显著提高。”
随着该技术逐渐接近实际应用，该团队正在探索导航以外的其它用途。研究人员正在研究该技术是否可以通过检测这些对地球引力的微小变化来帮助定位地下洞穴和资源。研究人员还看到了他们发明的光学元件（包括调制器）在激光雷达、量子计算和光通信中的潜力。
