Polska złota jesień — mgła jak mleko, jedziesz drogą krajową, a na ekranie GPS-u nagle łoś: „Brak sygnału”. Nie wiesz, czy następny zakręt prowadzi do Warszawy, czy prosto w pola kukurydzy. To tylko drobna irytacja dla weekendowego kierowcy, ale dla lotnisk, flot transportowych, armii i giełd finansowych każda sekunda bez precyzyjnego czasu i pozycji to ryzyko warte setki milionów. Już kilka lat temu brytyjski parlament wyliczył, iż jednodniowa awaria GPS-u kosztowałaby europejską gospodarkę ponad 1 mld euro. Mamy czasy, w których każde zamówienie w e-sklepie, każda transakcja na rynku energii i każdy autonomiczny dron zaczyna się od „gdzie dokładnie jestem?”. Nawigacja satelitarna stała się więc pojedynczym punktem możliwej „awarii cywilizacji”. Czy może uratować nas kwantowy GPS?
Nic dziwnego, iż polskim urzędnikom od obrony i amerykańskim bankierom spędza sen z powiek zjawisko zwane GNSS-denial — celowe lub przypadkowe wygaszanie sygnału z satelitów. Statystyki Europejskiej Agencji Bezpieczeństwa Lotniczego pokazują ponad 7-krotny wzrost zakłóceń GPS nad wschodnią flanką NATO w ciągu ostatnich dwóch lat. A jednak do niedawna jedyną realną protezą pozostawały inercyjne układy (INS) sprytnie liczące obroty kół i zmiany przyspieszeń. Te ostatnie dryfują jednak z każdą minutą i choć żaden pilot tego głośno nie przyzna, to po paru godzinach potrafią „zgubić” Boeinga o kilkanaście kilometrów.
Australijczycy wynaleźli ultranowoczesny system GPS. Asem? Technologia kwantowa
W połowie kwietnia do walki o alternatywę dla GPS wkroczył start-up Q-CTRL z Sydney, wcześniej znany głównie z oprogramowania, które pomaga kalibrować komputery kwantowe. Firma ogłosiła światu coś, co brzmi trochę jak tytuł cyber-thrillera — „Ironstone Opal”. Według danych z pierwszych testów naziemnych system lokalizuje obiekt 50 razy precyzyjniej niż najlepsze dziś komercyjne zapasowe rozwiązania nawigacyjne, a w powietrzu wygrywa… 11-krotnie — i to bez sygnału radiowego, który ktoś mógłby zagłuszyć lub namierzyć. Źródłem mocy rozwiązania jest… Ziemia, a dokładniej jej nieregularne, choć zaskakująco stabilne pole magnetyczne.
Brzmi banalnie? Wcale nie. Nasza planeta, to trochę ogromna kula z płynnym żelazem w środku, która podczas rotacji generuje pole magnetyczne. Fizycy od dekad mapują to pole z dokładnością do nanotesli i wiedzą, iż tak jak odcisk palca różni się u każdej osoby, tak „magnetyczny kod pocztowy” bywa unikatowy dla wszystkich skrawka powierzchni. Problem dotąd leżał jednak w detalu. Żeby ten kod odczytać w ruchu, trzeba mierzyć zmiany pola miliony razy dokładniej. Dotychczasowe metody łapały za dużo szumu, były więc nieprecyzyjne. I tu na scenę wchodzi fizyka kwantowa.
W sercu Ironstone Opal znajduje się coś w stylu super-kompasu, który na podstawie kwantowych sensorów, choćby w ruchu odczytuje zmiany pola magnetycznego ziemi z dokładnością do piktotesli, (miliony razy delikatniejsze od zmian rejestrowanych przez tradycyjne magnetometry). Taka precyzja była dotychczas możliwa wyłącznie w warunkach laboratoryjnych. Co więcej, całość jest kompletnie pasywna, nie generuje żadnego sygnału, a im więcej ruchomych obiektów korzysta z systemu, tym gęstszą i dokładniejszą mapę pola otrzymuje każdy następny użytkownik. W praktyce oznacza to, iż tam, gdzie nawigacja GPS w tunelu lub w strefie walki zamienia się w czarny ekran, Ironstone Opal przez cały czas wie, gdzie jesteś — wystarczy, iż planeta oddycha swoim własnym magnetycznym rytmem.
Czytaj też: Ludziom Trumpa przeszkadza wiedza? Wikipedia na celowniku
Czytaj też: Zapłaciłam wzrokiem, siedząc na wózku — testujemy dostępność PayEye
Jak działa kwantowy GPS w praktyce? Jakie może mieć zastosowania?
Gdy w grudniu ubiegłego roku australijskie wojsko wsadziło prototyp Opala do samolotu Beechcraft King Air i poleciało dwa tysiące kilometrów nad Pacyfikiem bez papierowych map, zagraniczne agencje wywiadu postawiły uszy. Po 3-godzinnym locie komputer pokazał błąd pozycji równy szerokości pasa na lotnisku w Brisbane. Tymczasem topowe inercyjne układy dręczyłyby się odchyłką rzędu kilku kilometrów.
Konstrukcyjnie sensor Q-CTRL to pudełeczko wielkości kostki Rubika, w którym światłowody prowadzą wiązki laserów do komory z atomami. Całość zasila bateria z drona, a dane lecą magistralą CAN do pokładowego autopilota. To otwiera ocean zastosowań: od statków dalekomorskich, które notorycznie gubią sygnał GPS między fiordami Norwegii, po lokalizator awaryjny w trudnych warunkach na polu bitwy. Spoofing — czyli podszycie się pod satelitę — to już codzienność w pobliżu konfliktów zbrojnych. Ironstone Opal nie nadaje absolutnie nic. Słucha jedynie szeptu magnetosfery. To milczenie jest złotem: przeciwnik nie może „oślepić” sensorów ani wykryć ich obecności żadnym sprzętem. W czasach zaawansowanych technik wojennych, taki atut ma gigantyczne znaczenie strategiczne.
Zastosowań nie brakuje także na rynku cywilnym: To techniczny przełom dla dronów cargo i samolotów pasażerskich, którym prawo lotnicze nakazuje podwójne, niezależne systemy nawigacji. Opal pozwala linii lotniczej zrezygnować z ciężkich żyroskopów klasy wojskowej i odnaleźć maszynę w najcięższych warunkach (i najbardziej „odludnionych miejscach). Pod wodą jest podobnie, tyle iż sygnały radiowe w ogóle tam nie docierają, a okręty podwodne od pół wieku liczą swoje położenie na podstawie żyroskopów laserowych – jednocześnie akceptując, to iż po kilku dniach „na głębinie” mogą mylić się o kilkanaście mil. Quantum Opal (w wersji zamkniętej w tytanowej kapsule) nie potrzebuje ani satelitów, ani powierzchniowego odczytu.
Szukając zastosowań, można także zerknąć w prawdopodobną przyszłość, czyli podróże kosmiczne: na orbicie powyżej 2 tys. km sygnał GPS jest za słaby. Miniaturowy magnetometr kwantowy można jednak wbudować i uzyskać autonomiczną nawigację choćby przy wyłączeniu wszystkich nadajników. Q-CTRL współpracuje podobno z JAXA nad demonstratorem dla misji księżycowej. Gdy Artemis zabierze turystów na powierzchnię Srebrnego Globu, to być może właśnie „magnetyczny palec” będzie wskazywał drogę do bazy. Sygnał GPS nie sięga dalej niż geostacjonarna orbita, więc ten z automatu odpada.
Warto również zauważyć, iż według raportu Allianz Global Corporate & Specialty roczne szkody wynikające z awarii satelitów nawigacyjnych na całym świecie mogą przekroczyć do 2030 r. 10 mld dolarów, jeżeli nie znajdziemy solidnego backupu. Zastosowań niezawodnych rozwiązań lokalizacyjnych można wymyślać wiele, ograniczeniem jest tak naprawdę tylko i wyłącznie ludzka wyobraźnia.
Czytaj też: Co siedzi w głowie AI? Czy rzeczywiście działa tak, jak ludzki umysł?
Czytaj też: Chirurgiczne roboty stają się coraz mądrzejsze: operują zdalnie i uczą się same – nadchodzi nowa era medycyny
Co przyniesie przyszłość dla kwantowych technologii nawigacyjnych?
W Unii Europejskiej urządzenia nawigacyjne klasy Safety-Critical muszą przejść procedurę ETSI EN 303 413 oraz certyfikację EASA, co trwa latami. Australijczycy już zaczęli rozmowy z Europejską Agencją GNSS, bo wiedzą, iż im szybciej, tym lepiej. Równolegle tworzą konsorcjum z niemieckim Jenoptikiem i polską Siecią Badawczą Łukasiewicz, by wystartować w programie NATO DIANA. jeżeli wszystko się powiedzie, to być może za parę lat doczekamy się ultranowoczesnej technologii made-in-Europe.
Musimy jednak pamiętać, iż historia innowacji lubi sinusoidy. Laser zaczynał jako „rozwiązanie szukające problemu”, dziś bez niego nie byłoby światłowodów, czytników kodów kreskowych ani chirurgii refrakcyjnej. Kwantowe czujniki idą podobnym szlakiem. Skuteczny backup GPS to ledwie pierwszy port. Dalej czekają grawimetry przemierzające perony londyńskiego metra w poszukiwaniu niewybuchów z II wojny, tomografy magnetyczne wielkości walizki dla wczesnej diagnostyki Alzheimera czy mikro-sondy mierzące pole magnetyczne serca płodu w łonie matki.
Kiedy więc następnym razem usłyszysz w wiadomościach, iż na Bałtyku znów ktoś „oślepia” GPS-y handlowych frachtowców, pamiętaj, iż w laboratorium pod Sydney malutkie pudełeczko, które rozpoznałoby współrzędne lepiej niż satelita na wysokości dwudziestu tysięcy kilometrów. I iż ta skrzynka z każdym dniem staje się tańsza, lżejsza i mądrzejsza — tak jak kiedyś pierwsze moduły Wi-Fi, które dziś mieszczą się w żarówce.
Jeśli historia innowacji uczy czegokolwiek, to tego, iż technologia początkowo rewolucyjna staje się w końcu nudnym standardem. Za dekadę Ironstone Opal może być tak samo niewidoczny w telefonie, jak dziś wewnętrzne podzespoły, a nasze dzieci będą pytać: „Tato, naprawdę kiedyś dało się zgubić w lesie, bo GPS nie działał?”. Na ten moment jednak kwantowe cacko Q-CTRL to dla inżynierów nawigacji odpowiednik pierwszego lotu braci Wright — krótkiego, ale historycznego. I choć cena wciąż jest wysoka, to stawka również.
Źródło zdjęcia tytułowego: AdobeStock
Zapraszamy do komentowania i udziału w dyskusji! Nie trzeba się już logować:)
