量子技术不再局限于实验室，而是进入我们的日常生活。现在，它即将改变更加基本的东西：我们如何浏览世界。
想象一下，潜艇在海洋下行驶，不需要浮出水面以进行位置更新。
飞机以无法动摇的精度飞行，不受信号破坏的影响。
紧急响应者可以以完美的精度来驾驶充满烟雾的建筑物或地下隧道，而自动驾驶汽车则通过茂密的城市环境绘制了完美的课程。
这些场景听起来像是科幻小说，但是通过称为量子导航的新兴方法可以使它们成为可能。
改变游戏规则的技术将有一天会以我们才刚刚开始想象的方式重新定义运动，探索和连接性。那么，这是什么？
卫星导航是许多事物的核心
全球导航卫星系统（如GP）被深深地嵌入现代社会中。我们每天使用它们进行导航，订购交货和标记照片位置。但是它们的影响远远超出了便利性。
地球轨道中卫星的定时信号对股票市场交易进行了验证，并有助于平衡电网。在农业中，卫星导航指导自动拖拉机和帮助召集牛。
紧急服务依靠导航卫星系统快速响应，减少了所需的时间达到需要的人。
尽管有收益，但像GP这样的系统非常脆弱。卫星信号可以被卡住或干扰。这可能是由于积极的战争，恐怖主义或合法（或违法）隐私问题所致。地图像gpsjam展示实时干扰热点，例如中东，俄罗斯和乌克兰周围的地区以及缅甸。
空间的环境也不是恒定的。太阳经常弹出巨大的等离子体球，导致我们所知道的。这些排放量撞到了地球的磁场，破坏了卫星和GPS信号。这些影响通常是暂时的，但也会造成重大损害，取决于风暴的严重程度。
全球导航卫星系统的停电不仅仅是不便 - 它将破坏我们最关键的基础设施。
估计表明，GPS的损失只会花费美国经济每天约10亿美元（一笔15亿美元），导致互连系统之间的级联故障。
量子导航到营救
在某些环境中，来自卫星的导航信号工作不太好。例如，他们不穿透水或地下空间。
如果您曾经尝试在带有摩天大楼的建筑城市中使用Google地图，那么您可能会遇到问题。高建筑物会导致信号反射降低准确性，并且信号在建筑物内部被削弱或完全不可用。
这是量子导航可以在一天之内踏上的地方。
量子科学描述了小于原子的尺度的颗粒行为。它揭示了令人难以置信的效果，例如叠加 - 同时存在于多个状态的粒子 - 纠缠（当粒子以无视经典理解的方式连接粒子时）。
这些影响是脆弱的，通常在观察中崩溃，这就是为什么我们在日常生活中没有注意到它们的原因。但是，量子过程的非常脆弱也使它们可以作为精美的传感器起作用。
传感器是一种检测周围世界变化的设备，并将该信息变成我们可以测量或使用的信号。当我们走近它们时，请考虑自动门，或者对我们的触摸做出响应的电话屏幕。
量子传感器非常敏感，因为量子颗粒会对其环境的微小变化反应。与可能会错过弱信号的普通传感器不同，量子传感器也非常擅长检测时间，重力或磁场等最小变化。
它们的敏感性来自当周围环境中的某些东西变化时量子状态变化的变化，使我们能够以比以前更高的精度来衡量事物。
此精度对于强大的导航系统至关重要。
我们的团队正在研究使用量子传感器来测量地球磁场进行导航的新方法。通过在钻石中使用量子效应，我们可以实时检测地球的磁场，并将测量值与预先存在的磁场图，为GPS等卫星导航提供了弹性的替代方案。
由于磁信号不受干扰和在水下工作的影响，因此它们提供了有希望的备份系统。
导航的未来
导航的未来将集成量子传感器，以提高位置精度（通过地球的磁场和重力场），改善方向（通过量子陀螺仪），并实现较高的时机（通过紧凑的原子钟和互连的定时管理系统）。
这些技术有望补充，在某些情况下，这些技术为基于卫星的导航提供了替代方案。
但是，尽管量子导航的潜力很明显，但使其成为实际现实仍然是一个重大挑战。全球研究人员和公司正在努力完善这些技术，并在学术界，政府实验室和行业正在进行重大努力。
初创企业和成熟参与者正在开发量子加速度计（测量运动的设备）和陀螺仪，但大多数仍在早期测试阶段或专门应用中。
关键障碍包括减少量子传感器的大小和功率需求，在受控实验室设置之外提高其稳定性，并将其集成到现有的导航系统中。
成本是另一个障碍 - 当今的量子设备既昂贵又复杂，这意味着广泛采用的范围仍然是数年的。
如果可以克服这些挑战，那么量子导航可以以微妙但深刻的方式重塑日常生活。尽管量子导航不会在一夜之间替代GP，但它可能成为使世界发展的基础设施的重要组成部分。
艾莉森·基利（Allison Kealy），创新行星研究所主任斯威本技术大学
