Квантовые датчики могут стать новой основой навигации
- Quantum X Labs разрабатывает квантовые гироскопы и миниатюрные атомные часы на парах рубидия.
- Лабораторные прототипы должны уменьшать накопление ошибок при счислении пути и поддерживать навигацию без спутникового сигнала.
- Компания адаптирует экспериментальные системы для практического применения и работает с отраслевыми партнёрами.
Почему это важно: Такая навигация могла бы помочь автономным машинам продолжить движение, если GPS станет недоступен.
Кратко
GPS надёжен, пока кто-нибудь не вмешается в сигнал. Учёный Quantum X Labs Нир Шарон, также доцент Тель-Авивского университета, утверждает, что квантовые гироскопы и миниатюрные атомные часы могут снизить накопление ошибок, которое всегда ограничивало навигацию методом счисления пути. Это позволит автономным транспортным средствам, самолётам и оборонным платформам самостоятельно определять местоположение и сохранять полезные данные о нём, когда спутники недоступны. У компании есть научные прототипы, созданные в лаборатории, и она работает над их адаптацией для практического применения.
GPS настолько прочно вошёл в современную жизнь, что его инфраструктура почти незаметна. Водитель открывает карту, самолёт следует указаниям навигационной системы или автономная машина рассчитывает своё местоположение — и лежащая в основе всего этого инфраструктура уходит из поля зрения. Нир Шарон, главный специалист по квантовым технологиям в Quantum X Labs и доцент прикладной математики Тель-Авивского университета, считает, что эта кажущаяся надёжность скрывает структурную уязвимость.
»Проблема GPS — в некотором смысле следствие самого успеха GPS, — объясняет Шарон. — Люди видят, что система работает незаметно и точно, и предполагают, что инфраструктура, лежащая в её основе, столь же надёжна. Однако сигнал можно заблокировать или подменить с удивительной лёгкостью. Система может казаться совершенно стабильной, пока кто-нибудь не вмешается в сигнал, от которого она зависит.»
По его мнению, уязвимость становится всё труднее игнорировать по мере того, как навигационные системы используются в условиях, где ошибки позиционирования чреваты серьёзными последствиями. Шарон отмечает, что самолётам, автономным транспортным средствам, сельскохозяйственной технике и оборонным платформам необходимы непрерывные и надёжные данные о местоположении. Если навигационная система теряет внешний ориентир, говорит он, машина может лишиться надёжного способа определить, где находится.
Эта проблема становится ещё серьёзнее, когда речь заходит о времени. Точные часы обеспечивают синхронизацию сложных систем, включая коммуникационную и навигационную инфраструктуру. Шарон утверждает, что вопрос не только в том, может ли устройство показывать время, но и в том, насколько точно оно способно его измерять, когда сама синхронизация становится частью производительности системы.
»Люди часто спрашивают, зачем нужны настолько точные часы, если у нас уже есть часы в телефоне или компьютере, — говорит он. — Необходимость становится очевидной в системах, которым нужна точная синхронизация. С навигацией то же самое. Если вы знаете, где находитесь, и можете измерять своё движение, вы сможете продолжать навигацию даже после исчезновения внешнего сигнала.»
В основе этой идеи лежит удивительно древний принцип. Счисление пути, объясняет Шарон, позволяет системе оценивать своё местоположение относительно известной начальной точки, измеряя направление и перемещение. По его словам, слабое место этого метода — накопление ошибок. Небольшие погрешности могут суммироваться с каждым движением, постепенно увеличивая неопределённость оценки местоположения.
Как отмечает Шарон, квантовые сенсорные технологии позволяют уменьшить эту погрешность. Квантовые гироскопы используют квантовые явления для чрезвычайно точных измерений вращения и движения, а часы на основе квантовых технологий обеспечивают высокоточную привязку ко времени. Цель — создать новое поколение датчиков, способных поддерживать навигацию и сохранять полезные данные о местоположении при недоступности спутникового сигнала.
Израильская многопрофильная компания в сфере квантовых технологий Quantum X Labs разрабатывает решения в области квантовых вычислений, квантового программного обеспечения и квантовых сенсорных технологий. В её портфель сенсорных решений входят квантовый гироскоп и миниатюрные атомные часы на парах рубидия с атомным пучком. По словам Шарона, у компании есть научные прототипы и экспериментальные системы, подтверждающие концепцию и работающие в лабораторных условиях; сейчас она занимается их адаптацией для практического применения.
Шарон считает, что нынешняя задача всё больше становится инженерной. Научные основы развиваются, а для коммерциализации необходимо сделать датчики достаточно компактными и надёжными, а также адаптировать их к конкретным задачам отраслей с разными требованиями к производительности.
»Разработка научной основы — лишь один этап пути, — говорит Шарон. — Чтобы превратить научную разработку в решение, которое автопроизводитель или авиастроительная компания действительно сможет интегрировать, нужен иной уровень инженерной экспертизы и понимания рынка. Мы работаем с партнёрами, поскольку для перехода от лабораторного подтверждения концепции к готовому продукту необходимо точно понимать потребности конечного пользователя.»
Особенно важны эти последствия для автономных систем. Шарон поясняет, что транспортное средство, движущееся на высокой скорости, не может просто остановиться из-за потери спутникового позиционирования. А у дрона или робота, попавшего в закрытое пространство, может вообще не быть непрерывного внешнего сигнала для определения местоположения.
Шарон считает, что автономная навигация станет ключевым элементом систем нового поколения.»В какой-то момент нужно спросить себя, что произойдёт, если GPS станет недоступен, — говорит он. — Если автономный автомобиль окажется в ситуации, когда его система сообщит: «Мы не можем определить местоположение по GPS, поэтому не можем продолжать движение», — это фундаментальное ограничение. Система автономной навигации могла бы позволить автомобилю продолжить движение — по крайней мере, настолько, чтобы добраться до безопасного места.»
По его мнению, квантовые сенсорные технологии указывают на изменение подхода к навигационной инфраструктуре. GPS может оставаться важным ориентиром, однако системы, способные самостоятельно измерять движение, ориентацию и время, могли бы обеспечить устойчивость, необходимую всё более автономным машинам.
Quantum X Labs движется к этому будущему, развивая портфель решений в области сенсорных и других квантовых технологий и опираясь на сеть академических и отраслевых партнёров. Главный вопрос заключается в том, сможет ли следующее поколение машин позволить себе зависеть от единственного внешнего сигнала в таком фундаментальном вопросе, как определение собственного местоположения.
