خب، تا حالا شده توی مسیریاب گوشیت گیر کنی و ببینی GPS اصلاً کار نمیکنه یا خطا میزنه؟ حالا فرض کن این داستان سر یه هواپیمای نظامی باشه و اونم وقتی داره وزیر دفاع یه کشورو میبره! چند وقت پیش، وقتی هواپیمای نظامی اسپانیا داشت وزیر دفاعش رو میبرد لیتوانی، یه اتفاق عجیب افتاد؛ GPS هواپیما به خاطر پارازیت و نویزهای فرستاده شده از روسیه کلاً از کار افتاد.
البته خوشبختانه هواپیما سالم نشست، ولی این تنها یه نمونه از هزاران پروازیه که فقط توی یکی دو سال اخیر، به خاطر کارزار وسیع GPS-jamming روسیه گیر افتادن. GPS-jamming یعنی ارسال امواجی که باعث میشن دستگاههای GPS قاطی کنن یا حتی فکر کنن جای دیگهای هستن، که به این کار میگن spoofing. اینا نهتنها خیلی دردسر درست کردن، بلکه ممکنه یه روز باعث یه فاجعه واقعی هم بشن.
تا حالا خیلی از مهندسها و شرکتهای نظامی دنبال راههایی مثل بهبود سیگنال ماهوارهها یا استفاده از دادههای شبکه موبایل و دوربینها بودن. اما یه راه کاملاً متفاوت و جدید داره کمکم جای خودشو باز میکنه؛ ناوبری کوانتومی یا Quantum Navigation! شاید اسمش عجیب باشه، بیا با هم ببینیم چیه.
خیلی خلاصه اگر بخوام بگم، ناوبری کوانتومی یعنی استفاده از رفتار کوانتومی نور و اتمها (یعنی همون ویژگیهای عجیبی که فقط تو دنیای فیزیک کوانتوم داریم) برای ساخت سنسورهایی که فوقالعاده دقیقتر از هر چیز دیگهای میتونن سرعت، جهت، زمان و مکان رو اندازه بگیرن. اینجوری، دیگه لازم نیست صبر کنی تا ماهواره بهت بگه کجایی؛ هرچی لازمه خود دستگاهت اندازه میگیره!
فرض کن بخوای بدون GPS یه مسافت طولانی رو بری. روش رایج قدیمی به اسم ناوبری اینرسیایی (Inertial Navigation) است؛ یعنی سرعت و جهت و مدت زمان حرکتت رو اندازه میگیری و حساب میکنی کجا رسیدی. اما این روش، وقتی یه کم خطا توی اندازهگیریهاش بیفته، بعد چند ساعت حسابی قاطی میکنه. مثلاً دکتر داگلاس پال که مسئول پروژه QEPNT در انگلیسه، میگه: دستگاههای حرفهای اینرسیایی شاید بعد ۱۰۰ ساعت نهایتاً تا ۲۰ کیلومتر خطا داشته باشن. اما سنسورهای ارزون گوشی، بعد یه ساعت دو برابر این مقدار خطا دارن! اگه یه موشک باشه که فقط یه دقیقه پرواز کنه، مشکلی نیست، ولی برای هواپیمای مسافربری اصلاً کافی نیست.
اینجاست که ناوبری کوانتومی با سنسورهای خاصش وارد میشه. چندتا شرکت مثل Infleqtion توی آمریکا، دارن سنسورهایی مثل ژیروسکوپ کوانتومی (Gyroscope) و شتابسنج کوانتومی (Accelerometer) میسازن که اساس کارشون به ویژگیهای کوانتومی ذرات ریز برمیگرده. مثلاً با استفاده از لیزر و اتمهای روبیدیوم، این سنسورها میتونن هر کنج و جهتی رو که وسیله داره میره دقیق پیگیری کنن. نکته جالب اینکه پارسال Infleqtion این سنسور هارو روی یه هواپیمای ویژه توی انگلیس آزمایش کرد و نتیجهش عالی بود.
حتی Infleqtion یه ساعت اتمی داره به اسم Tiqker که با کمک لیزر اینفرارد حسابی دقیق کار میکنه. این ساعت انقدر دقیقه که اگه بزاریش، دو میلیون سال طول میکشه تا فقط یک ثانیه عقب یا جلو بیفته! و نکته جالب دیگه اینه که تو هواپیما، وسایل زمینی ارتش آمریکا و حتی زیردریایی هم بدون نیاز به GPS جواب داده. قول دادن که تو آینده حتی کوچیکتر و مقاومترش کنن.
یه روش باحال دیگه هم هست: استفاده از میدان مغناطیسی زمین! میدونی که زمین یه میدان مغناطیسی و یه میدان گرانشی داره که محلش رو دقیق نشون میده. با سنسور خاص کوانتومی که مثلاً آلیسون کیلی توی استرالیا روی یه نوع الماس خاص به اسم NV diamond کار میکنه، میشه این میدانها رو خیلی دقیق اندازه گرفت و از روی تفاوتهای خیلی کوچیکشها فهمید دقیقاً کجای دنیا هستی. کاری که قبلاً سنسورهای معمولی نمیتونستن.
البته ناوبری کوانتومی فقط در حد آزمایش نیست؛ شرکتهایی مثل Q-CTRL با همکاری غولهایی مثل Northrop Grumman و Lockheed Martin دارن روش کار میکنن و حتی از نرمافزار و ماشین لرنینگ استفاده میکنن تا این سنسورهای نازک نارنجی آزمایشگاهی رو به درد سفرهای واقعی بخوره. چون توی هواپیما یا ماشین واقعی، کلی نویز و اختلال هست – مثلاً چون هواپیما همهجا فلزیه و کلی سیمکشی داره، سیگنال سنسور خیلی ضعیفتر از نویزه – اما با همین یادگیری ماشین تونستن سیگنال درست رو از دل این نویزها بیرون بکشن و دقت رو تا ۹۴ برابر بهتر از سیستمهای قدیمی کنن!
اینا همگی نشون میده که ناوبری کوانتومی به احتمال زیاد قرار خیلی زود وارد زندگی وسایل نقلیه نظامی و شاید حتی غیرنظامی ما بشه.
البته این وسط توسعه GPS هم ادامه داره. ماهوارههای GPS نسل جدید (مثل GPS III با سیگنالهای L1C و L5) سیگنالشون قویتر و غیرقابل تقلبتر شده و حتی یه مدل رمزنگاری ویژه (M-code) واسه ارتشها دارن. مدل GPS IIIF که قراره از ۲۰۲۷ پرتاب بشه، ۶۰ برابر قویتر از ماهوارههای قبلی سیگنال میفرسته!
یه سری ایده هم حول استفاده از ماهوارههای مدار پایین (LEO) مثل ماهوارههای استارلینک داره مطرح میشه، که به دلیل نزدیکی به زمین، سیگنالهاشون قویتر و سختتر واسه مختل شدنه و خیلی زودتر هم جای دقیق رو پیدا میکنه.
در نهایت، همافزایی یا Sensor Fusion، یعنی ترکیبی از همه این روشها – کوانتومی، ماهوارهای و هرچی دیگه – قطعاً آینده ناوبری رو شکل میده؛ یعنی بسته به وضعیت محیط (هواپیما، زیردریایی یا ماشین خودران تو شهر) آینده اینجوری میشه که هر وسیله از ترکیب تمام منابع بهترین مسیر رو پیدا کنه. اگه تکنولوژی کوانتومی همونطور که الان تو آزمایشگاه جواب میده، توی دنیای واقعی هم ثابت و موندگار بمونه، واقعاً میتونه همه چیز رو زیر و رو کنه!
خلاصه اگر دفعه بعد GPS گوشیت گیر کرد، مطمئن باش دانشمندها با این ابزارهای عجیب و باحال دارن روی یه راهحل اساسی کار میکنن!
منبع: +
