本文最初發表在 對話。 該出版物將文章貢獻給Space.com 專家聲音：專家和見解。
塞繆爾·萊爾路（Samuel Lellouch） 他是伯明翰大學數字孿生的助理教授，在那裡他領導了量子系統和量子技術的理論，建模和模擬領域的研究和創新活動。
美國軍用飛機，軌道測試車X-37B將開始開始 八次飛行 在2025年8月21日的太空中。使X-37B在太空中的大部分是秘密的。但它部分用作前實驗的平台。
這些實驗之一是使用量子科學用作導航工具的GP的可能替代方法：慣性量子傳感器。
從智能手機地圖到航空和物流，基於衛星的系統在我們的日常生活中無處不在。但是GPS在任何地方都不可用。這項技術可以徹底改變太空飛船，飛機，船隻和潛艇如何在不可用或妥協的環境中航行。
在太空中，尤其是在地球軌道之外，GPS信號變得不可靠或簡單地消失。在水下也是如此，潛艇根本無法進入GP。甚至在地面上，GPS信號也可以 使困惑 （被阻止）， 破舊 （使GPS接收器認為它在其他地方）或殘疾人 – 例如，在衝突期間。
這使得沒有GPS的導航成為一個至關重要的挑戰。在這種情況下，具有獨立於任何外部信號的導航系統至關重要。
傳統的 慣性導航系統 （INS）使用加速器和陀螺儀測量車輛的加速度和旋轉，可以通過遵循車輛隨時間移動來評估位置，從而提供獨立的導航。想著用閉合的眼睛坐在汽車上：您仍然可以感覺到曲線，停止和加速，使大腦融合以猜測自己隨著時間的流逝。
但是，最終，如果沒有視覺跡象，小錯誤就會累積，您將完全失去定位。經典的慣性導航系統也是如此：在收集小的測量錯誤時，它們逐漸離開課程，並且需要從GPS或其他外部信號中進行更正。
量子有幫助的地方
如果您想 量子物理學您想到的是一個奇怪的世界，顆粒的行為像波浪一樣，而施羅德的貓已經死了。這些思想實驗確實描述了像原子這樣的小顆粒的行為。
在非常低的溫度下，原子遵守量子力學的規則：它們的行為就像波浪一樣，並且可以同時存在於許多州 – 兩種位於慣性量子傳感器核心的特性。
船上的慣性量子傳感器 x -37b使用一種稱為的技術 原子乾涉法將原子冷卻至絕對溫度接近零的溫度，因此它們的行為像波浪一樣。使用良好的激光，每個原子都分為所謂的疊加狀態，類似於Schrödinger’sCat，以便沿著這兩條路徑同時行駛，然後重新整合。
由於原子的行為就像量子力學中的波浪一樣，因此這兩條路徑彼此干擾，形成了類似於水中流動的重疊的模式。在此模型中編碼是有關原子環境如何影響其旅程的詳細信息。特別是，最小的運動中的運動，例如傳感器旋轉或加速度，在這些原子“波”中留下可檢測的跡象。
與經典的慣性導航系統相比，量子傳感器提供了更大靈敏度大小的命令。由於原子是相同的，並且與機械或電子不同不同，因此它們不容易重新定位或偏見。結果是長時間的持續時間和高精度導航，而無需外部參考。
下一個任務X -37B將首次在太空中測試這種慣性量子導航。以前的任務，例如 NASA的冷原子實驗室 和 德國航天公司1的Maius-1他們已經飛行了原子乾涉儀到軌道或亞軌道飛行，並且在太空中原子的干涉後成功證明了物理，儘管並非專門用於導航目的。
相反，X-37B實驗被設計為慣性緊湊，高性能慣性導航的單位，對現實世界的彈性，長期任務。它從純科學領域和空域應用中移動原子的干涉法。這是一個很大的跳躍。
這對飛往軍事和平民空間的航班都具有重要意義。對於美國的空間力量，它代表了邁向更大的操作抵抗力的一步，尤其是在可以拒絕GP的情況下。為了探索未來空間，例如月球，火星甚至是必不可少的深空空間，量子導航系統不僅可以作為可靠的備份，而且可以用作主要係統，而當沒有土地的信號。
量子導航只是當前從實驗室研究到實際世界應用的量子技術浪潮的一部分。量子計算和量子通信通常會竊取標題，但量子小時和量子傳感器等系統可能是第一個看到廣泛使用的系統。
包括美國，中國和英國在內的國家在慣性的量子敏感性上投入了大量投資，最新的空氣測試和潛艇表現出了巨大的承諾。在2024年，波音和大小人士發展了世界 在飛行中的第一次飛行中的第一次慣性導航測試 登上填充飛機。
這表明在近四個小時內沒有GP的連續導航。同年，英國開發了其第一個公開接受 導航的量子飛行測試 在商業飛機上。
今年夏天，Mission X -37B將把這些進步帶入太空。由於他的軍事性質，該測試可能保持鎮定和未經證實。但是，如果成功的話，可以將其記住，因為太空中的導航時刻會向前迅速跳動。
