利用硅光子芯片讓“量子羅盤”更小更精確

近日，美國桑迪亞國家實驗室研究人員利用硅光子微芯片組件，執(zhí)行了一種名為原子干涉的量子傳感技術(shù)。這是一種測量加速度的超高精度方法，也是研發(fā)無需全球定位系統(tǒng)(GPS)信號也能進行導航的“量子羅盤”最新成果。研究論文發(fā)表在最新一期《科學進展》上。

智能手機、健身追蹤器或虛擬現(xiàn)實設備內(nèi)部都有微小的傳感器用于追蹤位置和移動。同樣技術(shù)的“升級”版本，大小和一個柚子相當，精度要高出千倍，它們借助GPS幫助有更高需求的領域進行導航。隨著技術(shù)的進步，這種高精度傳感器的體積和技術(shù)成本正在大幅縮減。

新的高性能硅光子調(diào)制器是一款在微芯片上控制光的設備。每個原子干涉儀都需要一個激光系統(tǒng)，而激光系統(tǒng)又需要調(diào)制器。

通常，作為傳感器系統(tǒng)的原子干涉儀需要占據(jù)一個小房間。而一個完整的“量子羅盤”(量子慣性測量單元)則需要6個原子干涉儀。團隊成功用一顆牛油果大小的真空室取代了大型耗電真空泵，并將多個部件整合成一個單一的剛性裝置。

新調(diào)制器是微芯片上激光系統(tǒng)的核心。它能夠承受強烈的振動，并將取代通常大小如冰箱的傳統(tǒng)激光系統(tǒng)。激光器在原子干涉儀中執(zhí)行多項任務。團隊則使用了4個調(diào)制器來改變單個激光器的頻率，以執(zhí)行不同的功能。

調(diào)制器經(jīng)常會產(chǎn)生不需要的回聲，即邊帶，這需要進行抑制。團隊的抑制載波單邊帶調(diào)制器將這些邊帶降低了前所未有的47.8分貝，從而使邊帶強度降低至原來的近十萬分之一。

成本此前是部署量子導航設備的主要障礙�，F(xiàn)在，團隊可以在一塊8英寸的晶圓上制造數(shù)百個調(diào)制器。將龐大且昂貴的組件微縮成硅光子芯片有助于降低成本。