最近，兩架飛往愛沙尼亞的芬蘭航空(finair)飛機(jī)不得不在短時(shí)間內(nèi)連續(xù)改變航線并返回赫爾辛基，原因既不是機(jī)械故障，也不是惡劣的天氣，而是GPS拒絕。
GPS拒止是指故意干擾商用飛機(jī)使用和依賴的導(dǎo)航信號(hào)。這并不是一個(gè)新現(xiàn)象:國(guó)際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)(IATA)長(zhǎng)期以來一直提供GPS通常不可用或不可信的地區(qū)地圖。
但是，隨著歐洲、中東、亞洲地區(qū)的沖突蔓延，GPS干擾和欺騙成為經(jīng)濟(jì)和戰(zhàn)略影響力的武器，人們的擔(dān)憂正在迅速增加。
幾個(gè)敵對(duì)國(guó)家已經(jīng)知道使用虛假(欺騙)GPS信號(hào)來干擾空中運(yùn)輸、航運(yùn)和貿(mào)易，或破壞沖突地區(qū)的軍事后勤。最近關(guān)于反衛(wèi)星武器的討論再次引發(fā)了人們的擔(dān)憂，即有人會(huì)蓄意采取行動(dòng)，通過破壞全球定位系統(tǒng)來破壞經(jīng)濟(jì)。
GPS在我們的日常生活中變得如此普遍，以至于我們幾乎沒有想到它當(dāng)它不可用時(shí)會(huì)發(fā)生什么
GPS中斷將導(dǎo)致許多在線服務(wù)不可用(這些服務(wù)依賴于基于GPS的網(wǎng)絡(luò)同步)，車載衛(wèi)星導(dǎo)航故障，以及手機(jī)上沒有基于位置的服務(wù)。
美國(guó)和英國(guó)的分析都發(fā)現(xiàn)，停電的臨時(shí)經(jīng)濟(jì)成本約為每天10億美元(46.7億令吉)，但戰(zhàn)略影響可能更為顯著，特別是在沖突中。
俗話說，步兵贏得戰(zhàn)斗，后勤贏得戰(zhàn)爭(zhēng)。由于嚴(yán)重依賴同步通信網(wǎng)絡(luò)、一般指揮和控制以及車輛和物資定位和跟蹤，在沒有GPS的情況下運(yùn)行軍事物流供應(yīng)鏈幾乎是不可想象的。所有這些都集中依賴于全球定位系統(tǒng)，而且都很容易受到干擾。
大多數(shù)大型軍用、商用船只和飛機(jī)都有專門的GPS備用導(dǎo)航系統(tǒng)，因?yàn)槭聦?shí)上，GPS還沒有出現(xiàn)
GPS并非在所有環(huán)境下都可用——地下、水下或高緯度地區(qū)。GPS的替代方案依賴于可以在當(dāng)?shù)販y(cè)量的信號(hào)(例如，指南針中使用的運(yùn)動(dòng)或磁場(chǎng))，因此即使GPS不可用或不可信，船只也可以導(dǎo)航。
例如，慣性導(dǎo)航使用特殊的加速度計(jì)來測(cè)量車輛的運(yùn)動(dòng)，就像你旋轉(zhuǎn)手機(jī)時(shí)幫助它重新定位的加速度計(jì)一樣。通過測(cè)量車輛的運(yùn)動(dòng)情況和牛頓定律，你可以計(jì)算出一段時(shí)間后你可能的位置。
其他“alt-PNT”方法利用磁場(chǎng)和引力場(chǎng)的測(cè)量來幫助導(dǎo)航，以對(duì)抗地球表面附近這些變化的已知地圖。此外，超穩(wěn)定的本地部署時(shí)鐘可以確保通信網(wǎng)絡(luò)在GPS中斷期間保持同步(通信網(wǎng)絡(luò)通常依賴GPS定時(shí)信號(hào)保持同步)。
盡管如此，我們還是依賴GPS，因?yàn)樗葌浞菀玫枚唷Ｔ诙ㄎ缓蛯?dǎo)航方面，要想獲得良好的性能，通常需要顯著增加系統(tǒng)的復(fù)雜性、尺寸和成本，這限制了在小型車輛上的部署選擇。
不幸的是，由于使用中的測(cè)量設(shè)備的不穩(wěn)定性，這些替代的導(dǎo)航方法也容易出錯(cuò)——信號(hào)只是隨著時(shí)間的推移，隨著環(huán)境條件的變化，或隨著系統(tǒng)的使用年限而逐漸變化。
我們保留了今天的替代方案，為關(guān)鍵的軍事和商業(yè)應(yīng)用提供支持，但我們正在尋找比目前可用的更好的東西。這個(gè)東西看起來是由量子傳感器驅(qū)動(dòng)的量子保證導(dǎo)航。
量子傳感器依靠自然法則來獲取以前無法獲得的特征，從而提供了極高的靈敏度和穩(wěn)定性
因此，量子保證導(dǎo)航可以提供對(duì)GPS中斷的防御，并實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型的新任務(wù)。
最先進(jìn)的量子保證導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合了多個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器都會(huì)接收與導(dǎo)航相關(guān)的獨(dú)特環(huán)境信號(hào)，就像自動(dòng)駕駛汽車結(jié)合激光雷達(dá)、攝像頭、超聲波探測(cè)器等一樣，以提供最佳性能。
這從新一代改進(jìn)的量子慣性導(dǎo)航開始，但量子傳感使我們能夠通過訪問以前在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中基本上無法訪問的新信號(hào)而走得更遠(yuǎn)。
雖然這可能令人驚訝，但地球表面的重力和磁場(chǎng)并不是恒定的。我們有這些量的微小變化的地圖，長(zhǎng)期以來一直用于礦產(chǎn)勘探甚至地下水監(jiān)測(cè)。我們現(xiàn)在可以將這些地圖重新用于導(dǎo)航。
我們正在建造新一代的量子重力儀、磁力計(jì)和加速度計(jì)——由原子的量子特性驅(qū)動(dòng)，足夠靈敏和緊湊，可以在真正的交通工具上測(cè)量這些信號(hào)。
最大的改進(jìn)來自增強(qiáng)的穩(wěn)定性。原子和亞原子粒子不會(huì)改變、老化或退化——它們的行為總是一樣的。這是我們現(xiàn)在準(zhǔn)備利用的東西。
使用量子保證的導(dǎo)航系統(tǒng)，即使在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)無法使用GPS，車輛也可以精確地定位自己。不是像當(dāng)今最好的軍事系統(tǒng)所能做到的那樣，僅僅幾小時(shí)或幾天，而是幾周或幾個(gè)月。
在量子傳感方面，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了量子優(yōu)勢(shì)——當(dāng)量子解決方案明顯優(yōu)于傳統(tǒng)解決方案時(shí)。目前的任務(wù)是將這些系統(tǒng)從實(shí)驗(yàn)室?guī)У浆F(xiàn)場(chǎng)，以提供真正的戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)。
這可不是一件容易的事。真實(shí)的平臺(tái)受到干擾、惡劣條件和振動(dòng)的影響，這些因素共同抵消了我們所知道的量子傳感器可以提供的好處。
在最近的前沿研究中，新的人工智能軟件可以用來提供將量子傳感器放置在真實(shí)移動(dòng)平臺(tái)上所需的魯棒性。合適的軟件可以保持系統(tǒng)的功能，即使它們受到船只和飛機(jī)的震動(dòng)和干擾。
為了防止芬蘭航空事件的重演，真正的量子導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)在開始進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。我們?cè)赩ector Atomic的同行最近對(duì)一種新型量子光學(xué)時(shí)鐘進(jìn)行了海上試驗(yàn)。伯明翰大學(xué)發(fā)表了在野外使用便攜式重力梯度儀的測(cè)量結(jié)果。
有了新一代的量子傳感器，我們將能夠確保經(jīng)濟(jì)在GPS中斷的情況下繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。從自動(dòng)駕駛汽車到大型航運(yùn)公司和商用航空，量子保證導(dǎo)航是為我們整個(gè)技術(shù)驅(qū)動(dòng)型經(jīng)濟(jì)提供彈性的重要組成部分。- Fortune.com/The紐約時(shí)報(bào)
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