Sistemele bazate pe sateliți, precum GPS, sunt omniprezente în viața noastră de zi cu zi, de la hărțile smartphone-urilor, până la aviație și logistică. Dar GPS-ul nu este disponibil peste tot. Această tehnologie ar putea revoluționa modul în care navele spațiale, avioanele, navele și submarinele navighează în medii în care GPS-ul nu este disponibil sau este compromis.
În spațiu, în special dincolo de orbita Pământului, semnalele GPS devin nesigure sau pur și simplu dispar. Același lucru se aplică și sub apă, unde submarinele nu au deloc acces la GPS. Și chiar și pe Pământ, semnalele de acest fel pot fi bruiate, falsificate (n.r. făcând un receptor GPS să creadă că se află într-o altă locație) sau dezactivate - de exemplu, în timpul unui conflict.
Acest lucru face ca navigarea fără GPS să reprezinte o provocare critică. În astfel de scenarii, este esențială existența unor sisteme de navigație care funcționează independent de orice semnal extern.
Sistemele tradiționale de navigație inerțială (INS), care utilizează accelerometre și giroscoape pentru a măsura accelerația și rotația unui vehicul, asigură o navigație independentă, deoarece pot estima poziția urmărind modul în care vehiculul se mișcă în timp.
Gândiți-vă că stați într-o mașină cu ochii închiși: puteți simți în continuare virajele, opririle și accelerațiile, pe care creierul le integrează pentru a ghici unde vă aflați în timp, scriu jurnaliștii Live Science. În cele din urmă, însă, fără indicii vizuale, micile erori se vor acumula și veți pierde complet poziționarea.
Același lucru se întâmplă și cu sistemele clasice de navigație inerțială: pe măsură ce micile erori de măsurare se acumulează, acestea deviază treptat de la curs și necesită corecții din partea GPS-ului sau a altor semnale externe.
Dacă vă gândiți la fizica cuantică, ceea ce vă vine în minte este o lume ciudată, în care particulele se comportă ca undele și pisica lui Schrödinger este atât moartă, cât și vie, arată Live Science.
Aceste experimente mentale descriu cu adevărat modul în care se comportă particulele minuscule, precum atomii. La temperaturi foarte scăzute, atomii respectă regulile mecanicii cuantice: se comportă ca undele și pot exista simultan în mai multe stări - două proprietăți care stau la baza senzorilor inerțiali cuantici.
Senzorul inerțial cuantic de la bordul X-37B utilizează o tehnică numită interferometrie atomică, în care atomii sunt răciți la o temperatură apropiată de zero absolut, astfel încât să se comporte ca niște unde.
Folosind lasere reglate cu precizie, fiecare atom este divizat într-o stare numită superpoziție, similară cu pisica lui Schrödinger, astfel încât să se deplaseze simultan pe două traiectorii, care sunt apoi recombinate. Deoarece atomul se comportă ca o undă în mecanica cuantică, aceste două traiectorii interferează între ele, creând un model similar cu undele suprapuse pe apă. În acest model sunt codificate informații detaliate despre modul în care mediul atomului a afectat călătoria acestuia.
În special, cele mai mici schimbări de mișcare, precum rotațiile sau accelerațiile senzorilor, lasă urme detectabile pe aceste „unde” atomice.
În comparație cu sistemele clasice de navigație inerțială, senzorii cuantici oferă o sensibilitate cu mult mai mare. Deoarece atomii sunt identici și nu se modifică, spre deosebire de componentele mecanice sau electronice, aceștia sunt mult mai puțin predispuși la deviații sau erori. Rezultatul este o navigație de lungă durată și de înaltă precizie, fără a fi nevoie de referințe externe, arată cercetătorii citați de Live Science.
Viitoarea misiune X-37B va fi prima ocazie în care acest nivel de navigație inerțială cuantică va fi testat în spațiu. Misiuni anterioare, precum Cold Atom Laboratory al NASA și MAIUS-1 al Agenției Spațiale Germane, au zburat cu interferometre atomice în orbită sau în zboruri suborbitale și au demonstrat cu succes fizica din spatele interferometriei atomice în spațiu, deși nu neapărat în scop de navigație.
În schimb, experimentul X‑37B este conceput ca o unitate de navigație inerțială compactă, performantă și rezistentă pentru misiuni reale de lungă durată. Acesta mută interferometria atomică din domeniul științei pure în cel al aplicațiilor practice pentru industria aerospațială. Este un pas uriaș, scrie Live Science.
Acest lucru are implicații importante atât pentru zborurile spațiale militare, cât și pentru cele civile.
Pentru Forța Spațială a SUA, reprezintă un pas către o mai mare reziliență operațională, în special în scenarii în care GPS-ul ar putea fi blocat. Pentru explorarea spațială viitoare, cum ar fi pe Lună, Marte sau chiar în spațiul profund, unde autonomia este esențială, un sistem de navigație cuantică ar putea servi nu numai ca o rezervă fiabilă, ci chiar ca sistem principal atunci când semnalele de pe Pământ nu sunt disponibile.
Navigația cuantică este doar o parte a valului actual, mai larg, de tehnologii cuantice, care trec de la cercetarea de laborator, la aplicații în lumea reală. În timp ce calculul cuantic și comunicarea cuantică sunt adesea în centrul atenției, sisteme precum ceasurile cuantice și senzorii cuantici vor fi probabil primele care vor fi utilizate pe scară largă.
Țări precum SUA, China și Marea Britanie investesc masiv în senzorii inerțiali cuantici, iar testele recente efectuate în aer și sub apă sunt foarte promițătoare. În 2024, Boeing și AOSense au efectuat primul test de navigație inerțială cuantică în zbor la bordul unui avion cu echipaj. Aceasta a demonstrat o navigație continuă fără GPS timp de aproximativ patru ore.
În același an, Marea Britanie a efectuat primul său test de zbor cu navigație cuantică recunoscut public pe un avion comercial.