光量子|90后科学家回国创业，开发光量子极限传感器，性能提升数万倍( 二 ) 创业|万倍|极限|性能|光量子

虽然不及 LIGO 天文台的那种超高级别的精度，但这种光量子惯性传感器的精度也能达到飞米级的分辨率，飞米通常用来描述原子级别的尺寸，1 飞米相当于 10-15 米。
而且，在实现这种超高精度的同时，它用较低的成本，即可实现传统惯性传感器难以比拟的性能。
光量子惯性传感器的工作原理
罗杰打比方说，传统的微机电惯性传感器系统内部可以看作是一个微观的 “弹簧秤”，它能基于牛顿第二定律去测定数据，通过测惯性力的方式去测加速度，也可以通过其他的设计，“弹簧秤” 去测其他种类的力的效应。
但绝大多数智能手机、手表里的 “弹簧秤”，都是通过电容来测位移，电容在室温下有一个问题就是有比较大的电子噪音，这是一种客观物理现象，基本无法克服它。当这类传感器被放进一个复杂的电磁环境中时，电容测绘的方式很容易被环境的电子噪音所干扰，所以你就会发现很难测得精准的位移数据，而且在内部的 “Proof-Mass 质量块” 给定的情况下，越微小的加速度越难测到。
这就是我们在手机或者说一些可穿戴设备体验中，经常感觉运动数据测不准、测不到的根本原因所在。

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图｜光量子惯性传感器的原理示意图
业内的解决方案之一是逐渐增加 “ 质量块” 的大小，增加它的质量，让它晃动时的位移幅度变大，但随之而来的是系统需要做得越来越复杂，进而导致传感器的成本越来越贵，从实用性角度来说，就不是很容易持续扩展应用，位移数据的确精准了，但可用带宽也随 “质量块” 的增加而变小，价格也增长得很快。
目前市场上的惯性力传感器主要分为三大类：激光陀螺仪、压电式加速度计、以及 MEMS 微机电惯性测量组件。
前两类惯性力传感器精度较高，但是受限于技术原因，其尺寸偏大，功能单一，同时生产成本高昂，限制了其在民用市场中的应用。
而微机电惯性测量组件拥有尺寸小、功耗低、成本低的优势，但是其精度、测量范围和频宽都无法满足未来更细致的应用需求。

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图｜IMU 传感器产品的市场瓶颈
这种新型的光量子惯性传感器，在芯片设计部分运用了一个经典的光 - 机械耦合系统，该系统是一个光腔，光腔的一端固定，另一端也是通过 MEMS 结构悬浮，终端位移产生一丁点微小变化就可以改变光腔内的光学共振频率，让光腔里面的光子发生相位的偏移，通过读取这些微小的位移数据，获得更灵敏、更精确的加速度或角速度，理论上可实现比现有 MEMS 传感器数万倍的性能（测量精度与有效测量带宽等）。
“现在的消费级 MEMS 传感器只能帮你记个步而已，但如果把测量精度指数级提高，就可以帮你勾勒出整个肢体的细微运动方式。” 罗杰说道。
值得关注的是，在生产工艺方面，罗杰表示这种新型的光量子惯性传感器无需引入新的材料，仍然是基于硅基的设计，保留了硅基 MEMS 和硅基光电芯片的材料统一性和制作工艺的兼容性，所以成本可以保持非常低的水平，采用成熟的 90 纳米 CMOS 工艺即可大规模生产，性价比会有几何指数的变革。
把实验室成果商业化
现阶段，罗杰和任恒江已经注册了一家名为 Anyon Computing 的公司，两人分别担任公司的 CEO 和 CTO，他们计划在未来 5 年内，推动产品的商业化量产。罗杰透露，目前正在跟多家投资机构洽谈第一轮 500 万美金的融资，来完成团队人才的扩充，推动商业订单的生产。
超高性能的光量子惯性传感器能给终端应用带来哪些改善？罗杰认为，市场想象空间巨大。
比如 VR、AR 类产品，现在市面上能买到的消费级设备普遍都有这些问题：你想做的运动或者当动作过快时，它们无法跟踪上，此外测量精确度很差，难以跟踪你的准确运动方式，因此很多附属解决方案都涉及增加摄像头、部署红外传感器等，在某个指定区域里综合判断定位问题，这样的体验不仅过于局限，而且需要比较大的计算量，这也是为什么很多设备仍需要连接到主机进行计算，如果惯性传感器能提供足够高的精准度，那么单凭这种传感器就能测出人的位移，大幅提升终端体验。
同样原理，光量子惯性传感器能实现更低成本的室内复杂环境下的高精度导航。典型的应用场景比如在商场中，手机上的 GPS 信号基本上就没用了，购物路线很难达到商业效率最大化，很多解决方案需要在商场内部署很多外源的信号发生器，单纯的基建布置成本就不低，而高精度的惯性导航能力可以轻松克服这类障碍。