英国测试量子导航技术 2024-05-28 

  

  英国近期进行了世界首次量子导航试飞,展示了未来量子导航系统的核心技术,该系统旨在解决交通领域面临的最危险的潜在威胁之一即对GPS干扰和欺骗。
  全球定位系统(GPS)已经成为我们生活的一部分,对于船只,尤其是飞机来说,情况更糟,因为它们面临的不仅仅是意外信号中断的可能性,还有主动干扰和欺骗。干扰GPS与干扰无线电或雷达是一样的。只需发出强大的信号,就能压倒和淹没GPS信号。另一方面,欺骗则危险得多。这意味着发送虚假信号,欺骗GPS设备,使其误以为自己在其他地方并向错误的方向行进。
  根据欧洲公务飞机协会(European Business Aircraft Association)的数据,仅在2022年就发生了49605起民用飞机成为欺骗受害者的事件——这通常是在冲突地区附近飞行造成的,在那里欺骗被用来误导敌方战机和无人机,尽管此类事件可能发生在任何地方。
  更糟糕的是,飞行员所依赖的电子飞行包可能会被破坏,因此机组人员无法相信其对剩余燃油量等的计算。飞机的航线、速度和高度也可能出现偏差。飞机甚至可能从自动跟踪网站上消失,从而增加致命事故发生的概率。欺骗还可能危及起飞、碰撞警报和数字罗盘,而自动驾驶仪也可能自行断开连接。
  解决这一问题的方法之一是增加惯性制导系统等备用导航设备。惯性导航系统本质上是电子版的死算,全世界的潜艇都在使用,它通过切换到陀螺罗盘和加速度计来自动计算潜艇的航向和位置,测量潜艇如何沿三个
  轴线转向和加速。
  如果一开始就有一个不错的导航定位,这将是一个非常有用的工具,但它也有局限性,因为随着时间的推移,误差会逐渐渗入系统,直到误差累积并相互加强——这可能导致读数偏差数英里。这就是为什么潜艇必须定期浮出水面以获得新的GPS定位。
  由于飞机的移动速度比潜艇快得多,这些误差的累积速度也会更快。为了解决这个问题,英国合作伙伴Infleqtion公司、BAE系统公司、QinetiQ公司和英国研究与创新公司正在研究利用量子力学创建一种新的惯性导航系统。
  量子导航系统以所谓的量子传感为基础,在低温条件下,利用量子力学的特殊性质,包括量子纠缠、量子干涉和量子态挤压,精确跟踪单个原子的运动。结合原子钟和过滤干扰的特殊软件分析,这些可以在相当长的时间内替代全球定位系统。
  英国政府表示,希望新的量子定位、导航和授时(PNT)系统能成为保护商业航班免受欺骗的更大系统的一部分。最近在威尔特郡博斯科姆-唐的国防部设施完成的测试展示了两种量子技术:紧凑型蒂克尔(Tiqker)光学原子钟和紧密封闭的超冷原子量子系统。这两项技术都安装在QinetiQ公司的RJ100机载技术演示飞机上,该飞机装有战斗机机头。PNT 最终将集成到一个完整的量子惯性导航系统(Q-INS)中。 (逸文