Cómo la tecnología cuántica puede ayudar a los pilotos a navegar de manera más segura

Durante las últimas dos décadas, la tecnología GPS se ha entretejido inextricablemente en la sociedad, desde teléfonos inteligentes hasta aviones, mercados de valores hasta líneas directas de emergencia e incluso rejillas eléctricas.

Pero el sistema que sustenta tantos aspectos de la infraestructura moderna es más vulnerable de lo que la mayoría de las personas creen, y el conflicto en todo el mundo ha permitido que los malos actores lo aprovechen.

Jamming y suplantación de GPS, donde las señales se bloquean o se imitan a los receptores de trucos, tienen surgió como amenazas crecientes en los últimos años. Solo en 2024 Más de 1,000 vuelos comerciales por día se vieron afectados por la suplantación de GPS, especialmente mientras volaba a través de regiones como Medio Oriente y Europa del Este.

Durante estos incidentes, los instrumentos en vuelo muestran a los pilotos que su avión está volando más alto o más bajo de lo que realmente son o que están a millas de su ubicación real. En entornos marítimos, las señales GPS falsificadas incluso han causado barcos para desviarse del curso o correr. Estos no son fallas aisladas, sino el resultado de tácticas de guerra electrónica deliberadas.

La buena noticia es que Quantum Technologies puede ofrecer una nueva solución, con prototipos de un conjunto de técnicas basadas en sensores que no dependen de las señales satelitales que ya se están probando.

Varios socios corporativos de Chicago Quantum Exchange, incluido Boeing, Inflektion y Sandboxaqse encuentran entre los que desarrollan aplicaciones. El CQE es un centro que conecta universidades líderes, laboratorios nacionales y socios de la industria para avanzar en la tecnología cuántica y tiene su sede en la Universidad de Chicago.

«Los gobiernos y la industria comercial necesitan una gran necesidad de esta tecnología», dijo Ken Devine, gerente senior de productos de navegación cuántica en Sandboxaq. «Los problemas geopolíticos que ocurren en todo el mundo, y el aumento de la intermediación y la suplantación de suplantación: Rusia, Ucrania, Oriente Medio, Israel, Irán), todos se están volviendo súper disruptivos, y eso no desaparecerá pronto. Todos dicen:» Básicamente necesitamos esto ayer. ‘»

En mayo de 2023, sandboxaq terminado La primera de las muchas pruebas de vuelo para la Fuerza Aérea de los Estados Unidos y sus socios de aviación comercial, incluidos dos principales ejercicios de la Fuerza Aérea ese año. En 2024, Boeing terminado El primer vuelo registrado del mundo utilizando múltiples sistemas de navegación cuántica, probando la capacidad de estos sensores para navegar por el centro de EE. UU. Durante cuatro horas sin GPS.

Esa prueba de Boeing incorporó dos tecnologías diferentes: un sistema de navegación basado en campo magnético llamado Aqnav de SandboxAq y un sistema de navegación inercial de Quantum Sensing Technology Company Aosense.

«El poder de la navegación cuántica no es solo que mejora enormemente los sistemas de navegación inercial existentes», dijo Caitlin Carnahan, vicepresidente de software cuántico en Infleqtion, que también está desarrollando tecnología de navegación cuántica. «Es más que representa una nueva herramienta, un nuevo ángulo desde el cual abordar el problema de la navegación que puede reducir la dependencia del GPS y superar problemas como la falsificación y la interferencia».

Nuevas herramientas

Hay muchas maneras para que alguien mida dónde ha estado y hacia dónde van.

Durante milenios, las culturas humanas se han orientado por puntos fijos como estrellas o montañas. Así es esencialmente cómo los satélites GPS proporcionan navegación: pueden estar en movimiento constante, pero ese movimiento es conocido y predecible en un grado tan preciso que no importa.

En lugar de usar puntos conocidos, la navegación se puede hacer utilizando un mapa preciso del terreno. En este caso, uno puede mantener un seguimiento cuidadoso de dónde y cuándo han cambiado de rumbo desde su punto de partida y cuánto, derivar su ubicación en relación con el lugar donde comenzaron. Alternativamente, los navegadores pueden orientarse reconociendo el patrón de cambios en la elevación a lo largo del camino que toman.

Estos dos últimos, la navegación inertial y la coincidencia de mapas, son las técnicas de navegación utilizadas por la tecnología de navegación cuántica.

La tecnología de Aosense utiliza la navegación inercial, mientras que SandboxAq utiliza la coincidencia de mapas, aunque el mapa que usan es del campo magnético de la corteza de la Tierra en lugar del terreno. Infleqtion está investigando ambas técnicas.

El vuelo de Boeing utilizó tecnologías de navegación cuántica, desde Aosense y Sandboxaq, a pesar de que eran muy diferentes. Jay Lowell, director técnico principal de Boeing, dijo que era vital considerar «si» las diferentes tecnologías podrían usarse juntas y cómo podrían usarse juntas.

«Tal vez eso significa una compensación del rendimiento entre los sensores en los momentos en que uno lucha y el otro es fuerte», dijo Lowell. «Fundamentalmente significa que solo necesitamos entender si sus datos combinados son mejores que cualquiera de ellos solo».

Detectar pequeños cambios

La navegación inercial depende de acelerómetros y giroscopios, que respectivamente miden la aceleración y la rotación, para medir el movimiento. Un sensor inercial rastrea cómo un objeto se mueve desde un punto de partida conocido registrando cambios en su velocidad y dirección.

Si bien los acelerómetros básicos son comunes en los teléfonos inteligentes y los rastreadores de fitness, los sensores de inercia cuántica pueden detectar cambios en movimiento hasta el femtómetro, menos que el ancho de un átomo, haciéndolos extraordinariamente precisos. Los sensores inerciales tienen aplicaciones en tecnología basada en el espacio, ya que no necesitan mapas o puntos fijos para navegar.

Infleqttion recientemente completado pruebas de vuelo comercial de navegación cuántica basada en inercia en el Reino Unido y también planea realizar pruebas en los EE. UU. La oficina de Chicago de Infleqtion también está desarrollando una herramienta con AI llamada Sapient que ganó el primer lugar en la competencia XtechScalable del Ejército de EE. UU.

«[SAPIENT] se está centrando en el lado del software, tomando las salidas de múltiples tipos de sensores y unirlos todos junto con la IA para proporcionar una señal de navegación más robusta «, dijo Pranav Gokhale, gerente general de la computación en la inflektion». Hay una gran brecha entre una unidad de medición inercial y un sistema de navegación inercial completo, por lo que estamos utilizando AI para llenar esa brecha «.

Alternativamente, la navegación magnética, o Magnav, funciona muy como el radar de seguimiento del terreno, comparando los datos del sensor en tiempo real con un mapa conocido para identificar la ubicación.

Pero en lugar de la elevación, la aeronave siente fluctuaciones magnéticas sutiles en la corteza terrestre, variaciones causadas por geología, depósitos minerales e incluso infraestructura humana, y compara sus mediciones con un mapa correspondiente de ese campo.

Los científicos creen que las aves pueden usar su capacidad para detectar el campo magnético de la Tierra para navegar de manera similar. Los mapas de campo magnético del mundo se realizan con frecuencia para encuestas minerales, de petróleo y gas, ya que pequeñas anomalías en el campo pueden indicar recursos bajo tierra. Pero hay áreas donde pueden ser difíciles de conseguir mapas de alta resolución.

«La calidad del mapa en la región a la que va es definitivamente un factor que se enciende a qué tan bien puede funcionar la navegación magnética», dijo Devine.

Identificó una lista de otras variables clave, como el tipo de avión que se usa, más su altitud y velocidad, como puntos de consideración adicionales para la tecnología Magnav. Al mismo tiempo, dijo que es probable que la importancia de estas herramientas crezca a medida que las estrategias de guerra electrónica se arraigan aún más.

«Hemos validado que podemos hacer una navegación en tiempo real con esta tecnología», dijo Devine. «Y eso es enorme, porque la necesidad de ello solo va a aumentar».