เทคโนโลยีควอนตัมใหม่นี้สามารถปฏิวัติวิธีที่เรานำทางโลก

เทคโนโลยีควอนตัมไม่ได้ จำกัด อยู่ที่ห้องแล็บอีกต่อไป - มันเข้ามาในชีวิตประจำวันของเรา ตอนนี้มันกำลังจะเปลี่ยนสิ่งที่เป็นพื้นฐานมากยิ่งขึ้น: วิธีที่เรานำทางโลก

ลองนึกภาพเรือดำน้ำที่เดินทางใต้มหาสมุทรไม่จำเป็นต้องมีพื้นผิวเพื่ออัปเดตสถานที่

เครื่องบินที่บินข้ามทวีปที่มีความแม่นยำที่ไม่สั่นคลอนไม่ได้รับผลกระทบจากการหยุดชะงักของสัญญาณ

ผู้เผชิญเหตุฉุกเฉินสามารถนำทางอาคารที่เต็มไปด้วยควันหรืออุโมงค์ใต้ดินที่มีความแม่นยำไร้ที่ติในขณะที่ยานพาหนะอัตโนมัติเป็นแผนภูมิหลักสูตรที่สมบูรณ์แบบผ่านสภาพแวดล้อมในเมืองที่หนาแน่น

สถานการณ์เหล่านี้อาจฟังดูเหมือนนิยายวิทยาศาสตร์ แต่พวกเขาทั้งหมดสามารถทำได้ด้วยวิธีการเกิดใหม่ที่เรียกว่าการนำทางควอนตัม

วันหนึ่งเทคโนโลยีที่เปลี่ยนเกมนี้จะกำหนดการเคลื่อนไหวการสำรวจและการเชื่อมต่อในวันหนึ่งเราเพิ่งเริ่มจินตนาการ แล้วมันคืออะไร?

การนำทางดาวเทียมเป็นหัวใจสำคัญของหลาย ๆ สิ่ง

ระบบดาวเทียมนำทางทั่วโลกเช่น GPS ถูกฝังลึกอยู่ในสังคมสมัยใหม่ เราใช้พวกเขาทุกวันเพื่อนำทางการสั่งซื้อการส่งมอบและการติดแท็กสถานที่ถ่ายภาพ แต่ผลกระทบของพวกเขานั้นเกินความสะดวกสบาย

สัญญาณกำหนดเวลาจากดาวเทียมในวงโคจรของโลกรับรองความถูกต้องของตลาดหุ้นซื้อขายและช่วยปรับสมดุลของกริดไฟฟ้า ในการเกษตรการนำทางดาวเทียมมัคคุเทศก์รถแทรกเตอร์อิสระและช่วยรวบรวมวัวควาย-

บริการฉุกเฉินขึ้นอยู่กับระบบดาวเทียมนำทางสำหรับการตอบสนองอย่างรวดเร็วลดเวลาที่ใช้เวลาเพื่อเข้าถึงผู้ที่ต้องการ-

แม้จะมีประโยชน์ของพวกเขาระบบเช่น GPS ค่อนข้างอ่อนแอ สัญญาณดาวเทียมสามารถติดขัดหรือแทรกแซงได้ นี่อาจเป็นเพราะการทำสงครามการก่อการร้ายหรือเพื่อความเป็นส่วนตัวที่ถูกต้องตามกฎหมาย (หรือผิดกฎหมาย) แผนที่เช่น gpsjamแสดงฮอตสปอตการแทรกแซงแบบเรียลไทม์เช่นในตะวันออกกลางพื้นที่รอบ ๆ รัสเซียและยูเครนและพม่า

สภาพแวดล้อมของพื้นที่ไม่คงที่เช่นกัน ดวงอาทิตย์พุ่งบอลพลาสมายักษ์เป็นประจำทำให้เกิดสิ่งที่เรารู้ว่าเป็น- การปล่อยมลพิษเหล่านี้กระแทกเข้าสู่สนามแม่เหล็กของโลกรบกวนดาวเทียมและสัญญาณ GPS บ่อยครั้งที่ผลกระทบเหล่านี้เป็นชั่วคราว แต่ก็สามารถทำให้เกิดความเสียหายได้อย่างมีนัยสำคัญขึ้นอยู่กับความรุนแรงของพายุ-

การหยุดทำงานของระบบดาวเทียมนำทางทั่วโลกจะเป็นมากกว่าความไม่สะดวก - มันจะขัดขวางโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญที่สุดของเรา

ประมาณการแนะนำว่าการสูญเสีย GPS จะมีค่าใช้จ่ายเพียงเศรษฐกิจสหรัฐฯประมาณ 1 พันล้านเหรียญสหรัฐต่อวัน(1.5 พันล้านเหรียญสหรัฐ) ทำให้เกิดความล้มเหลวในการเชื่อมโยงกับระบบที่เชื่อมต่อกัน

การนำทางควอนตัมไปช่วย

ในบางสภาพแวดล้อมสัญญาณการนำทางจากดาวเทียมทำงานได้ไม่ดีนัก พวกเขาไม่เจาะน้ำหรือพื้นที่ใต้ดินตัวอย่างเช่น

หากคุณเคยลองใช้ Google Maps ในเมืองที่สร้างขึ้นด้วยตึกระฟ้าคุณอาจพบปัญหา อาคารสูงทำให้เกิดการสะท้อนสัญญาณที่ลดความแม่นยำและสัญญาณจะอ่อนแอลงหรือไม่สามารถใช้งานได้ภายในอาคาร

นี่คือที่ที่ควอนตัมนำทางสามารถก้าวในหนึ่งวัน

วิทยาศาสตร์ควอนตัมอธิบายพฤติกรรมของอนุภาคที่เครื่องชั่งที่เล็กกว่าอะตอม มันเผยให้เห็นถึงผลกระทบที่เหลือเชื่อเช่นการซ้อนทับ-อนุภาคที่มีอยู่ในหลายรัฐพร้อมกัน-และความพัวพัน(เมื่ออนุภาคเชื่อมต่อผ่านอวกาศและเวลาในวิธีที่ท้าทายความเข้าใจแบบคลาสสิก)

ผลกระทบเหล่านี้เปราะบางและมักจะล่มสลายภายใต้การสังเกตซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมเราไม่สังเกตเห็นพวกเขาในชีวิตประจำวัน แต่กระบวนการควอนตัมที่เปราะบางทำให้พวกเขาทำงานเป็นเซ็นเซอร์ที่สวยงาม

เซ็นเซอร์เป็นอุปกรณ์ที่ตรวจพบการเปลี่ยนแปลงในโลกรอบตัวและเปลี่ยนข้อมูลนั้นให้เป็นสัญญาณที่เราสามารถวัดหรือใช้งานได้ คิดว่าประตูอัตโนมัติที่เปิดเมื่อเราเดินใกล้พวกเขาหรือหน้าจอโทรศัพท์ที่ตอบสนองต่อการสัมผัสของเรา

เซ็นเซอร์ควอนตัมมีความไวมากเนื่องจากอนุภาคควอนตัมทำปฏิกิริยากับการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในสภาพแวดล้อม ซึ่งแตกต่างจากเซ็นเซอร์ปกติซึ่งอาจพลาดสัญญาณที่อ่อนแอเซ็นเซอร์ควอนตัมนั้นดีมากในการตรวจจับแม้กระทั่งการเปลี่ยนแปลงที่เล็กที่สุดในสิ่งต่าง ๆ เช่นเวลาแรงโน้มถ่วงหรือสนามแม่เหล็ก

ความไวของพวกเขามาจากความง่ายของรัฐควอนตัมเปลี่ยนแปลงเมื่อมีบางสิ่งในสภาพแวดล้อมเปลี่ยนทำให้เราสามารถวัดสิ่งต่าง ๆ ได้อย่างแม่นยำมากขึ้นกว่าเดิม

ความแม่นยำนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับระบบนำทางที่แข็งแกร่ง

ทีมงานของเรากำลังค้นคว้าวิธีการใหม่ ๆ ในการใช้เซ็นเซอร์ควอนตัมเพื่อวัดสนามแม่เหล็กของโลกสำหรับการนำทาง โดยการใช้เอฟเฟกต์ควอนตัมในเพชรเราสามารถตรวจจับสนามแม่เหล็กของโลกแบบเรียลไทม์และเปรียบเทียบการวัดกับแผนที่สนามแม่เหล็กที่มีอยู่แล้วให้ทางเลือกที่ยืดหยุ่นในการนำทางดาวเทียมเช่น GPS

เนื่องจากสัญญาณแม่เหล็กไม่ได้รับผลกระทบจากการติดขัดและทำงานใต้น้ำพวกเขาจึงเสนอระบบสำรองที่มีแนวโน้ม

อนาคตของการนำทาง

อนาคตของการนำทางจะรวมเซ็นเซอร์ควอนตัมเพื่อเพิ่มความแม่นยำของตำแหน่ง (ผ่านสนามแม่เหล็กและแรงโน้มถ่วงของโลก) ปรับปรุงการวางแนว (ผ่านควอนตัมไจโรสโคป) และเปิดใช้งานเวลาที่เหนือกว่า (ผ่านนาฬิกาอะตอมขนาดกะทัดรัด

เทคโนโลยีเหล่านี้สัญญาว่าจะเติมเต็มและในบางกรณีให้ทางเลือกในการนำทางด้วยดาวเทียมแบบดั้งเดิม

อย่างไรก็ตามในขณะที่ศักยภาพของการนำทางควอนตัมมีความชัดเจนทำให้มันเป็นความจริงในทางปฏิบัติยังคงเป็นความท้าทายที่สำคัญ นักวิจัยและ บริษัท ทั่วโลกกำลังทำงานเพื่อปรับแต่งเทคโนโลยีเหล่านี้ด้วยความพยายามที่สำคัญในการศึกษาห้องปฏิบัติการของรัฐบาลและอุตสาหกรรม

ผู้เริ่มต้นและผู้เล่นที่จัดตั้งขึ้นกำลังพัฒนาต้นแบบของเครื่องเร่งความเร็วควอนตัม(อุปกรณ์ที่วัดการเคลื่อนไหว) และไจโรสโคป แต่ส่วนใหญ่ยังคงอยู่ในขั้นตอนการทดสอบก่อนหรือแอปพลิเคชันพิเศษ

อุปสรรคสำคัญรวมถึงการลดขนาดและความต้องการพลังงานของเซ็นเซอร์ควอนตัมปรับปรุงความมั่นคงนอกการตั้งค่าห้องปฏิบัติการที่ควบคุมและรวมเข้ากับระบบนำทางที่มีอยู่

ค่าใช้จ่ายเป็นอุปสรรคอีกประการหนึ่ง - อุปกรณ์ควอนตัมในปัจจุบันมีราคาแพงและซับซ้อนซึ่งหมายถึงการยอมรับอย่างกว้างขวางยังคงอยู่ห่างออกไปหลายปี

หากความท้าทายเหล่านี้สามารถเอาชนะได้การนำทางควอนตัมสามารถปรับเปลี่ยนชีวิตประจำวันได้ในรูปแบบที่ลึกซึ้ง แต่ลึกซึ้ง ในขณะที่การนำทางควอนตัมจะไม่แทนที่ GPS ในชั่วข้ามคืน แต่มันอาจกลายเป็นส่วนสำคัญของโครงสร้างพื้นฐานที่ทำให้โลกเคลื่อนไหว

Allison Kealyผู้อำนวยการสถาบันนวัตกรรมดาวเคราะห์มหาวิทยาลัยเทคโนโลยี Swinburne

บทความนี้ถูกตีพิมพ์ซ้ำจากบทสนทนาภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่านบทความต้นฉบับ-