ビデオ英国の科学者らが、GPS 信号に頼らずに世界のどこにいるかを非常に正確に測定できる、自己完結型で改ざん防止の「量子コンパス」を開発した。
このコンパスは量子加速度計で、過冷却原子の微小な変化を計測し、装置の移動距離と速度を計算できます。船上でこの装置が稼働していれば、船長は周回衛星に頼ることなく、船の位置を正確に把握できることになります。
このシステムは、原子を冷却するためのレーザーシステムを開発したインペリアル・カレッジ・ロンドンと、「光学定規」として機能する別のレーザーシステムを開発したフォトニクスおよび量子技術専門企業Mスクエアードの研究者によって設計されました。この研究は英国国防省の資金提供を受けています。
問題の量子加速度計。クリックして拡大
GPS 衛星は現代の驚異であり、ほぼすべての人が正確な位置を特定するために使用していますが、このシステムは完璧ではないのが事実です。
携帯電話のGPSの精度は約4.5メートルですが、軍用GPS機器はセンチメートル単位の精度があります。さらに、高層ビルは信号を妨害することが多く、大きくて密集した物体によって信号が妨害されることもあります。
しかし、防衛省が量子コンパスに関心を持っているのは、それだけではない。彼らの懸念は、GPSシステムが攻撃や意図的な妨害に対して脆弱であることだ。例えば、GPS信号は偽装されたり、ブロックされたりする可能性がある。原子力潜水艦について考えるときは、通常、最悪の事態を想定するのが最善だ。
「海賊は現在、GPSを妨害して船舶の航行を妨害し、岩礁におびき寄せたり、船舶を乗っ取って乗り込んだりできるほど巧妙になっている」とMスクエアードのCEO、グレアム・マルコム氏は語った。
「防衛・安全保障の分野では、都市や国家のレジリエンス（回復力）と安全保障が影響を受けるため、これらはさらに大きな問題となる可能性があります。この新しい装置は、原子レベルにまで及ぶ絶対的な基準となります。」
正確さ
加速度計がナビゲーションに使用されるのは今回が初めてではありませんが、現実にはこのようなシステムは十分な精度がなく、時間が経つにつれてシステムの精度がどんどん低下し、再調整が必要になります。
開発者によると、量子コンパスはそうではない。レーザーを用いて原子を過冷却し、別のレーザーを「光学定規」として用いて、原子の移動距離を測定する。極低温では、原子は「量子」的な振る舞いをし、物質と波の両方のように振る舞う。
インペリアル・カレッジ・ロンドンの冷物質センターのジョセフ・コッター博士は次のように説明した。「原子が極低温になると、その動きを量子力学で記述する必要があり、これによって原子干渉計と呼ばれるものを作ることができるのです。」
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原子が移動すると、その波動特性は車両の加速度の影響を受けます。光学定規はこれらの微細な変化を非常に正確に測定することができ、比較的簡単な数式をいくつか用いることで、現在位置を正確に算出することが可能です。
英国は長年にわたりシステムの開発と配備を支援してきたが、欧州連合（EU）離脱後、同国はもはや欧州の新しいガリレオGPSシステムに安全にアクセスできなくなると欧州が明言したことから、このシステムは英国軍にとって特に有益となる可能性がある。
大きい
しかし、これはスマートフォンの中にあるようなものではない。今週ロンドンで披露されたプロトタイプシステムは、幅も高さも約3フィートあり、信じられないほど高価だ。
さらに、現在は1つの平面でしか測定できません。研究者たちは、近いうちに3つの平面で測定できるようになると述べており、これにより、どの地点でも正確な位置を示す完全に独立したスーパーコンパスが実現するでしょう。
しかし、これは物理学の理論的な要素を初めて実用化したプロトタイプです。おそらく、将来的には小型化と低価格化を進め、自動運転車などの実用化を目指す計画でしょう。
「この商業的に実現可能な量子デバイス、加速度計は、英国を来たる量子時代の中心に据えるだろう」とMスクエアードのマルコム氏は語った。
「量子ナビゲーションの可能性を実現するための共同の取り組みは、英国が産業界と学界を結びつける独自の強みを示しています。つまり、科学の最先端における進歩を研究室の外で構築し、社会の改善のための現実世界のアプリケーションを創造するのです。」®
