超越GPS　量子光子晶片徹底改變無人機導航

編譯／高晟鈞

陀螺儀是測量角動量的工具，對於現今我們日常運用的設備都有著巨大的影響。

陀螺儀的各類運用

首先，各類遊戲的傳感器，包括飛行遊戲、體育遊戲甚至是一些第一人稱射擊遊戲，陀螺儀都會監測手的位移，從而實現各種遊戲操作的效果。其次，它可以和手機上的相機配合使用，達到防震的效果，很大程度地提升手機的拍攝能力。

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而其中應用最廣，也是最初陀螺儀自開發以來所設計的領域──GPS導航。先是德國人將其應用在了V1、V2火箭上；再者，現在的手機基本上也都搭載了陀螺儀來達到更好的導航能力。想當然爾，無人駕駛的無人機上也搭載了陀螺儀。然而，當無人機上的陀螺儀受到GPS訊號干擾或在不可用的地方飛行時，會失去判斷位置的能力，大大影響他的工作能力。

最先進陀螺儀面臨的困境

近期，來自羅徹斯特大學的研究人員正在開發光子晶片，可以取代目前無人機中使用的陀螺儀，使他們能不受地理位置的影響執行任務。當今最先進的無人機中使用的光纖陀螺儀包含數公里長的光纖線軸，並且動態範圍有限。

「目前，陀螺儀的靈敏度和穩定性必須在其尺寸和重量之間進行根本性的權衡。隨著無人機、衛星變得越來越小，對於更小、性能更好的導航型陀螺儀的需求變得至關重要。目前最先進的微型陀螺儀結構緊湊、耐用，可惜的是性能不足，阻礙了他們在導航的應用。」第一作者Jamie Cardenas說道。

試圖取代陀螺儀的光子晶片

Cardenas博士所開發的小型手持光子晶片，使用的是一種稱為「弱值放大」的量子技術。該晶片可以提供與光學陀螺儀相同的導航領敏度水平，從而在無人機領域實現一場革命。

弱值放大比傳統方法具有優勢，因為它可以增強干涉測量的訊號，而無需放大多種形式的技術雜訊。然而，先前的弱值放大演示需要複雜的實驗室設置和精確的對準；而Cardenas博士正致力於在具有高品質環形諧振器的微型光子晶片上實現弱值放大。

資料來源:SciTechDaily

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