GPS系統(tǒng)是美國建立并推廣的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，在美軍軍事設(shè)備中起到關(guān)鍵作用，一旦失去了導航系統(tǒng)的支持，美軍很可能就打不了仗，然而干擾這種設(shè)備的成本和技術(shù)門檻都很低，一旦某一區(qū)域被大規(guī)模干擾，美軍很可能就要面對不適應復雜電磁環(huán)境作戰(zhàn)的尷尬，被低技術(shù)對手擊敗。

       而現(xiàn)在洛克希德·馬丁公司的工程師迪馬里奧說，他和他的團隊可能有一個解決方案：量子傳感器。

圖1 迪馬里奧的方案

       近五年來，迪馬里奧的團隊一直在制造一個設(shè)備原型：一個長約一英尺，直徑六英寸的圓柱體，其中包含一個比鹽晶體略大的人造鉆石立方體，鉆石含有特殊雜質(zhì); 在其重復的碳原子立方晶格中，碳偶然會缺失，其鄰域是氮原子。這些所謂的氮空位中心，在鉆石內(nèi)部形成一個類似分子的二重奏，被證明是優(yōu)秀的磁傳感器。當綠色激光照射鉆石時，氮空位中心會發(fā)出紅光，由于量子力學的影響，鉆石會根據(jù)其所處的磁場發(fā)出或多或少的光。

       迪馬里奧使用鉆石來探測地球磁場中被稱為磁異常的獨特波紋和畸變，一旦識別出異常，就可以將其用作導航的參考點。迪馬里奧說，目前，船舶和飛機一般不使用磁異常進行導航，因為大多數(shù)磁傳感器只能測量場強，而不能測量場指向的方向。但他的團隊的設(shè)備可以衡量兩者，該設(shè)備不需要和衛(wèi)星通信也能發(fā)揮作用，因此這種量子傳感器不會被干擾也無法被攻擊。

圖2 洛馬的設(shè)備

       到目前為止，迪馬里奧和他的團隊已經(jīng)在汽車和輪船上測試了運動中的該傳感器導航能力。目前，迪馬里奧希望將裝載該設(shè)備的圓柱體縮小到高爾夫球的大小，這樣就可以安裝到任何設(shè)備上。

       迪馬里奧和他的團隊并不是唯一一個投注量子導航的人，美國科羅拉多州國家標準與技術(shù)研究所實驗室，物理學家漢森正在研究用于感應磁旋轉(zhuǎn)的量子陀螺儀。例如，飛行員目前使用陀螺儀來保持飛機水平，而自動駕駛汽車則使用它們進行導航。但是陀螺儀漂移隨著時間的推移誤差不斷變大，飛行員必須每小時重置陀螺儀一次，這是一個很大程度上自動化的過程，而量子陀螺儀可能更可靠，因為它們根本不會漂移，它們的基本成分是原子，不會隨時間扭曲。

圖3 量子導航儀測量的磁場變化

       漢森的設(shè)備安裝在桌面上，大小相當于兩個堆疊的迷你盒。里面是一個玻璃室，比糖塊小，含有800萬個銣原子。激光操縱原子，這些原子的行為更像波浪在池塘中碰撞而不是離散的粒子。碰撞產(chǎn)生波紋圖案，當成像時，看起來像一堆條紋。如果腔室旋轉(zhuǎn)，條紋也將旋轉(zhuǎn)。條紋的數(shù)量告訴你旋轉(zhuǎn)的程度; 并且模式的變化甚至會揭示地球引力場的強度。漢森說，總的來說，這種旋轉(zhuǎn)信息和地球場的測量也可以作為導航工具。

       一旦美軍解決了GPS瓶頸，就可能大幅度提升在復雜電磁環(huán)境下的作戰(zhàn)能力。