基础物理学——更不用说量子物理学了——对许多人来说可能听起来很复杂，但它实际上可以应用于解决日常问题。
想象一下导航到一个陌生的地方。大多数人会建议使用GPS，但是如果您被困在地下隧道中，卫星的无线电信号无法穿透怎么办？这就是量子传感工具的用武之地。
南加州大学维特比信息科学研究所的研究人员乔纳森·哈比夫（Jonathan Habif）和贾斯汀·布朗（Justin Brown）都来自ISI新的量子有限信息实验室，他们正在努力使原子加速度计等传感仪器更小、更准确，以便在GPS出现故障时用于导航。
解决尺寸难题原子在进行精确测量方面非常出色，因为它们都是一样的。在一个实验室进行的原子测量与在另一个实验室进行的原子测量没有区别，因为原子的行为方式完全相同。
如何应用这种物理概念的一个例子是用这些原子制作一个高精度的导航系统。
“作为一名原子物理学家，我研究气体中的原子，并用激光与原子交谈，”布朗说。“由于原子具有质量，它们可以用来测量加速度，帮助我们构建基于原子的传感器，如原子加速度计。
哈比夫补充说：“加速度计可以让你知道你在给定方向上移动的速度和距离。它们可以与陀螺仪结合使用，陀螺仪会告诉您是否改变了方向以及您转了多远，以进行完整的测量。当您无法访问 GPS 时，这些导航仪器很有用。
他们面临的挑战之一是如何以深思熟虑的方式进行设计。
例如，他们必须非常仔细地考虑如何使原子加速度计小型化。这些加速度计历来在大型实验室规模的系统中运行，其中设备很重且消耗大量电力。为了使加速度计适合公众使用，Habif 和 Brown 正在研究如何在更紧凑、更节能和更有吸引力的介质中保持其高精度。
布朗说：“我们想把它带到现场，同时让它变小，但我们借鉴的技术和用品还不是很有利于这样做。我正在考虑如何以不同的方式与原子对话，以便我们能够将其应用于实验室以外的问题。
在国防和适应现实世界中的应用量子传感设备不仅可以在无法访问GPS的地区工作，还可以成为令人兴奋的新途径的一部分：国家安全应用。
“随着各国争夺信息优势，现代冲突正变得越来越电子化，动态性越来越弱。来自GPS卫星的无线电信号很容易被破坏和干扰，因为它距离很远。因此，在任何现代冲突中，双方都会试图拒绝对方获得这些无线电信号，“布朗说。
“像惯性系统这样的传统导航仪器是不可干扰的，因为它们通过加速度和旋转来测量我们的位置变化。因此，他们可以在冲突时期取代 GPS。然而，所有的错误也会被加起来，所以我们有兴趣使用基于原子的测量来确保它更准确。
原子加速度计是这些惯性系统的一个例子。这些系统存在于飞机和船舶上的传感器中，引导它们在空域和水域中移动。然而，现有的基于机械的传感器很容易因摩擦而磨损，导致它们每年更换并花费大量资金。它们也很难建造，因为它们又小又精致。
美国国防部（DoD）正在寻求对其惯性系统进行升级，以便克服这些困难。布朗和其他小组所追求的基于原子的量子方法可以提供没有运动部件的加速度测量。
“例如，如果潜艇想要在防御场景中保持隐身和安静，那么跟踪它在做什么以及它如何通过惯性系统几乎是镇上唯一的游戏。我正在为国防部制定改进这些系统的想法，以便它们可以缩小规模并更具成本效益，“布朗指出。
简化工具布朗坚持认为，量子传感在许多方面都很重要。
“为技术意外做准备意味着为GPS故障做好准备 - 问题不在于GPS是否失败，”布朗说。“阻止GPS工作非常容易，因此惯性传感器将始终有用。但对我们来说，解决尺寸问题仍然至关重要，因为很多这些传感器最终仍然只有洗衣机那么大。我可以简化工具本身，但我仍然需要进行良好的测量。
在简单性和准确性之间实现这种微妙的平衡是研究人员的主要目标，他们希望他们的努力有朝一日能够转化为现实世界的原型。
