Сбогом на GPS: Квантовите сензори ще се превърнат в следващата основа на навигацията

GPS навигацияга е надеждна, докато някой не наруши сигнала. Ученият от Quantum X Labs Нир Шарон твърди, че квантовите жироскопи и миниатюризираните атомни часовници могат да намалят кумулативната грешка, която винаги е ограничавала точното изчисление, давайки на автономни превозни средства, самолети и отбранителни платформи вградена навигация, която запазва полезно позициониране, когато сателитите не са налични.

GPS навигацията е станала толкова вграденa в съвременния живот, че нейната инфраструктура е почти невидима. Шофьор отваря карта, самолет следва навигационната си система или автономна машина изчислява позицията си и основната инфраструктура изчезва от погледа. Нир Шарон, главен учен по квантови технологии в Quantum X Labs и доцент по приложна математика в университета в Тел Авив, твърди, че тази привидна надеждност прикрива структурна слабост.

„Проблемът с GPS е почти в успеха на самата GPS“, обяснява Шарон. „Хората виждат система, която работи безшумно и точно, така че предполагат, че инфраструктурата под нея е също толкова стабилна. И все пак сигналът може да бъде блокиран или фалшифициран с изненадващо малко усилия. Една система може да изглежда напълно стабилна, докато някой не се намеси в сигнала, от който зависи.“

Според него уязвимостта е по-трудна за игнориране, тъй като навигационните системи се насочват към среди, където грешките в позиционирането носят последствия. Шарон изтъква, че самолетите, автономните превозни средства, селскостопанската техника и отбранителните платформи изискват непрекъснати и надеждни данни за местоположението. Навигационна система, която губи външната си референция може да остави машината без надежден начин да установи къде се намира.

Този проблем придобива по-голяма значимост, когато във въпроса се намеси факторът време. Прецизните часовници са в основата на синхронизацията в сложни системи, включително в инфраструктурата за комуникации и навигация. Шарон изтъква, че въпросът не е просто дали дадено устройство може да показва времето, а колко точно може да го измерва, когато самата синхронизация се превръща в част от функционирането на системата.

„Хората често питат защо ни е нужен толкова точен часовник, след като вече имаме такъв в телефона или компютъра си“, казва той. „Необходимостта от него става очевидна при системи, изискващи прецизна синхронизация. Навигацията работи на същия принцип. Ако знаете къде се намирате и можете да измервате движението си, сте в състояние да продължите навигацията дори когато външният сигнал изчезне.“

Основната концепция е забележително стара. Методът на счислената навигация (dead reckoning) позволява на дадена система да определи местоположението си спрямо известна начална точка чрез измерване на посоката и движението. Той посочва, че слабото място на този метод е натрупването на грешки. Малки неточности могат да се наслагват при всяко движение, като постепенно увеличават несигурността относно изчислената позиция.

Квантовите сензори предлагат начин за намаляване на тази грешка. Квантовите жироскопи могат да използват квантови явления за извършване на изключително прецизни измервания на въртенето и движението, докато квантовите часовници осигуряват високоточни еталони за време. Целта е създаването на ново поколение сензори, поддържащи навигация, която запазва полезна информация за местоположението дори когато сателитните сигнали не са достъпни.

Quantum X Labs – израелска мултидисциплинарна компания в сферата на квантовите технологии – разработва технологии в областите на квантовите изчисления, квантовия софтуер и квантовите сензори. Компанията има научни прототипи в лабораторията и работи по внедряването им в продуктови приложения. Портфолиото ѝ от сензорни технологии включва квантов жироскоп и миниатюризиран рубидиев атомен часовник с молекулярен сноп. По думите на Шарън компанията разполага с научни прототипи и системи за доказване на концепцията, функциониращи в лабораторни условия, като същевременно се работи по превръщането им в готови за пазара продукти. По-големият въпрос е дали следващото поколение машини могат да си позволят да разчитат на един-единствен външен сигнал за нещо толкова фундаментално, каквото е определянето на местоположението им.