一项基于量子物理原理的新型导航技术正在开发中，旨在为地铁列车提供无需卫星信号的高精度定位。该系统利用超冷原子的波动来精确测量加速度，能将列车的定位精度提升至厘米级。这不仅能提高轨道故障检测和维修的效率，还能在 GPS 系统失效时提供可靠的后备保障，从而增强整个交通系统的安全性和长期韧性。
当前导航系统的局限
大多数现代定位系统依赖卫星（GPS）信号，并辅以加速度计来测量两次信号更新之间的微小移动。这个组合在地面上运行良好，但存在一个关键问题：
- 信号漂移： 传统的加速度计会逐渐产生误差或“漂移”，需要不断通过卫星信号进行校准。
- 信号盲区： 在地铁隧道或高楼林立的城市区域，GPS 信号无法到达，导致定位系统失去校准的安全网，精度大幅下降。
量子技术如何解决问题
为了克服这些局限，研究人员转向了量子加速度计。这种设备的工作原理与传统传感器完全不同：
- 它使用被冷却到接近绝对零度的超冷原子云。在极低温度下，原子会同时表现出粒子和波的奇特性质。
- 当这些原子在传感器内“下落”时，它们的波形会随着加速度的变化而改变。
- 系统通过一个极其精密的“光学尺”来读取这些波形变化，从而实现无需卫星的超高精度测量。
只要车辆有一个已知的起点，量子加速度计就能持续精确地追踪其运动，而不受外部信号的任何影响。
在铁路系统中的实际应用
英国政府已投入资金支持铁路量子惯性导航系统（RQINS）的发展，旨在将这项技术应用于伦敦地铁乃至全国铁路网络。
- 提升轨道维护效率： 目前的轨道定位系统精度通常在米级。而量子导航能将精度缩小到厘米级，这意味着维修人员可以更快、更准确地找到轨道缺陷，减少维修时间。
- 增强乘客体验： 在地下，它能提供乘客在地面上已经习惯的高精度定位服务。
- 关键后备系统： 在地面上，它也能作为 GPS 系统在无法使用时的强大后备。
不只是便利，更是安全保障
在当今世界，依赖单一的卫星系统存在巨大风险。无论是敌对行为还是太阳耀斑，都可能导致卫星网络中断，造成严重的经济损失。据估计，GPS 中断一天可能给英国经济带来超过 14 亿英镑的损失。
因此，一个能够独立于太空基础设施运行的导航系统，与其说是一项“锦上添花”的技术，不如说是一份必不可少的保险。它确保了即使在最坏的情况下，关键的交通基础设施也能继续可靠运行。