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基于铯133的量子传感器可使自动驾驶汽车“看到”角落里的物体

铯133 量子传感器 同位素
发布:2020-12-02 15:09:51     来源:盖世汽车

很少有人知道,世界上所有的钟表都是根据铯133原子中电子的振荡来调整的,铯133原子是铯金属中唯一稳定的同位素。自1967年爱因斯坦证明光速是宇宙中最恒定的维度以来,国际单位制就使用铯133发射光谱中的两个特定波数定义1秒和1米。从那时起,铯就被广泛用于极其精确的原子钟中,以使世界准时。

正是这种对物质本质的利用,如利用电子的能量状态差异作为基本单位,使得量子传感器具有超高水平的精确度。其他的量子传感器则利用原子跃迁,探测运动中的细微变化,以及电场、磁场和引力场中的细微差别。

在固态物理学中,量子传感器是指对刺激做出反应的量子装置。量子传感器量化了能级,使用量子相干性来测量物理量,或使用量子纠缠来改进测量,而传统传感器却无法做到。据外媒报道,一些权威专家认为,未来,量子传感器将发挥越来越重要的作用,可以让自动驾驶汽车“看到”角落或房间里的物体。

当前导航系统的最大问题之一是,当车辆在隧道中行驶时,GPS信号会丢失或者中断。因此,有一种更好的导航办法,即使用原子干涉仪制造导航装置,即使在与GPS卫星失去连接的情况下,导航设备也能正常工作。在此种情况下,保持航向依赖于航迹推算,即使用加速计和陀螺仪,不断更新车辆相对于已知起始点的位置、方向和速度。

格拉斯哥大学(Glasgow University)的研究人员也在研究一种特殊的3D激光雷达,可以让人和汽车“看到”角落或房间里的物体。传统的激光雷达通常通过脉冲激光照射物体,然后测量反射脉冲,从而测量与物体之间的距离。然而,量子传感器技术使科学家能够以极高的精确度,在万亿分之一秒内,测量每一个光子的到达时间。

通常,当人们在峡谷中呼喊时会听到自己的回声,光或激光束也可以会如此。如果有类似的几何结构,光束也会在墙壁上反弹,人们就可以使用这些数据构建3D图像。格拉斯哥大学的研究人员旨在为自动驾驶汽车开发下一代激光雷达,以增强其在雾、烟情况下或更远距离的感知能力。研究人员打造的原型传感器可以探测到100米外移动的人,即使行人隐藏在几米远处的角落里。

目前大多数量子传感系统都非常昂贵、复杂,且尺寸太大。但未来,新一代体积更小、成本更低的量子传感器可能带来许多新的应用。此前,麻省理工学院(MIT)的科学家们利用传统制造方法,成功地将多个体积庞大的组件封装在只有零点几毫米宽的方形芯片上。此种量子传感器原型是向大批量生产可在室温下工作且成本低廉的量子传感器迈出的重要一步,可用于所有对弱磁场进行极细微测量的应用。

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