Лазерный мир

В современных мегаполисах, где бетонные джунгли поглощают сигналы спутников, а небоскрёбы из стекла искажают радиоволны, начинается новая эра в ориентации в пространстве.

Квантовая навигация обещает изменить наше представление о том, как мы ориентируемся в сложных условиях. Особенно это касается пространств, где традиционные технологии не работают: внутри зданий, под землёй, в глубинах океана.

Представьте устройство, которое способно чувствовать движение с невероятной точностью. В его основе — охлаждённые почти до абсолютного нуля атомы, заключённые в ловушку из лазерных лучей. Эти атомы, лишённые привычного теплового движения, становятся невероятно чувствительными к малейшим изменениям в окружающей среде. Когда устройство движется, квантовые состояния атомов изменяются особым образом, позволяя определять положение с точностью, которая кажется фантастической.

В лабораториях Imperial College London созданы прототипы квантовых акселерометров, которые превосходят обычные датчики по точности в тысячи раз. В отличие от традиционных систем, зависящих от спутниковой навигации, эти устройства работают по принципу автономной инерциальной системы, где каждый последующий расчёт позиции следует из предыдущего с минимальной погрешностью.

Современные спутниковые системы навигации, включая GPS (ГНСС США) и ГЛОНАСС, имеют фундаментальные ограничения:

• Не работают внутри помещений, под землей и под водой
• Точность снижается в городских каньонах (до 5-10 метров)
• Зависят от спутниковой инфраструктуры

Квантовая навигация особенно актуальна для indoor-навигации — позиционирования внутри зданий, где традиционные системы

В основе работы квантовой навигации лежат атомные часы и квантовые акселерометры, которые:

• Измеряют ускорение с помощью лазеров, охлаждающих атомы до температур, близких к абсолютному нулю
• Обнаруживают изменения в квантовых состояниях атомов
• Позволяют вычислять положение без внешних ориентиров

В отличие от GPS, квантовые системы:

• Не требуют внешних сигналов
• Работают по принципу инерциальной навигации
• Накопление ошибки всего 1 км за 3 дня (против 1 км/час у классических систем)

Квантовая навигация приобретает особую значимость в контексте перемещения внутри зданий – той самой «проблемы последнего метра», которая долгое время не давала покоя разработчикам.

Решение «проблемы последнего метра» в торговых центрах и аэропортах позволит значительно ускорить поиск нужных помещений.

Особенно важно использование этой технологии для помощи людям с нарушениями зрения, для которых самостоятельное перемещение в сложных пространствах всегда было серьёзным испытанием.

Медицинские применения:

• Навигация хирургических роботов с точностью до 0.1 мм
• Система поиска дорогостоящего медицинского оборудования, которая работает даже в подвальных помещениях больниц.
• Для пациентов с когнитивными нарушениями такая технология может стать настоящим спасением, позволяя персоналу мгновенно находить тех, кто заблудился в лабиринтах больничных коридоров.

Сегодня квантовые навигационные устройства все еще напоминают громоздкие лабораторные установки, а их стоимость сопоставима с ценой luxury-автомобиля. Но история технологий учит нас, что путь от первых громоздких компьютеров до современных смартфонов может быть пройден удивительно быстро. Уже сейчас компании вроде ColdQuanta работают над уменьшением размеров квантовых сенсоров, стремясь уместить революционные технологии в корпус,

Специалисты прогнозируют, что к 2030 году мы можем увидеть первые коммерческие образцы, достаточно компактные и доступные для массового применения. Когда это произойдет, навигация внутри зданий перестанет быть головной болью архитекторов и разработчиков, превратившись в незаметный, но безупречно работающий сервис, столь же естественный, как электрическое освещение в наших домах.

• Навигация подводных лодок без всплытия
• Позиционирование в условиях радиоэлектронной борьбы
• Работа в зонах полного отсутствия сигналов

Проблемы внедрения:

• Высокая стоимость (от $50000 за сенсор)
• Большие габариты оборудования
• Необходимость сложной калибровки

Как и многие великие технологии, квантовая навигация, вероятно, станет заметной только тогда, когда полностью растворится в нашей повседневности, превратившись в невидимую нить, мягко ведущую нас сквозь сложности современного мира. И тогда, оглядываясь назад, мы, возможно, удивимся, как вообще могли обходиться без этого удивительного синтеза квантовой физики и инженерного искусства.

Источник: http://vestnik-glonass.ru/news/tech/kvantovaya-navigatsiya-preimushchestva-i-problemy/