27、量子传感器网络：从引力波探测到地震预警

量子传感器网络：从引力波探测到地震预警

1. LIGO与量子互联网助力引力波源定位

LIGO（激光干涉引力波天文台）可对引力波源的位置进行三角定位。打个比方，若有两辆配备无线电天线和高精度原子钟的汽车，通过记录相同无线电波形到达的时间差，这两辆车就能确定无线电电台的位置。LIGO采用同样的原理来精确确定天空中引力波源的位置，但这一过程是经典方式，两台LIGO设备并不像之前例子中的两台望远镜那样进行相位锁定。而量子互联网在此发挥了作用。

每台LIGO天线会测量一个随时间变化的相位角ϕ，该角度携带了引力波的信息。两台LIGO天线，其中一台位于华盛顿州，相距约4000公里。借助量子互联网，可将这两个相位信息传送到中央处理量子计算机，并进行干涉组合。如此一来，就相当于有了一台臂长为4000公里的LIGO。若要获得第二条臂，则需引入欧洲的探测器VIRGO。这一设备能够探测波长为4000公里的信号，理论预测此类信号对应于宇宙大爆炸时产生的引力波。

2. GPS中的相对论与量子理论

在日常生活中，智能手机广泛使用的全球定位系统（GPS）就与爱因斯坦的相对论和薛定谔的量子理论密切相关。手机中的小天线会持续扫描来自GPS卫星的无线电信号，一旦锁定至少两颗卫星，就能利用信号中的信息确定自己在地图上的位置。两颗卫星可确定纬度和经度，三颗卫星可确定海拔，四颗卫星则能实现纳秒级的精确计时。

2.1 相对论的影响

每颗GPS卫星都搭载了高精度的原子钟，每天会多次将轨道上的时钟与地面主时钟进行同步。然而，由于相对论效应，轨道上的时钟运行速度与地面上的时钟不同。为确保GPS系统正常运行，需要上传相关计算来补偿这些相对论效应，否则导航应用可能会出