Quantum GPS ต่างจาก GPS อย่างไร ? ที่อาจเปลี่ยนแปลงวิธีการระบุตำแหน่งในอนาคต

ระบบนำทางทั่วโลกได้กลายเป็นส่วนสำคัญของชีวิตยุคใหม่ ไม่ว่าจะเป็นแผนที่บนสมาร์ทโฟน ระบบนำทางในรถยนต์ ไปจนถึงอากาศยาน เรือ เครือข่ายโลจิสติกส์ และเกษตรแม่นยำสูง GPS ช่วยให้ทั้งมนุษย์และเครื่องจักรสามารถระบุตำแหน่งและเดินทางจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งได้ ในขณะที่เทคโนโลยียังคงพัฒนาไปอย่างต่อเนื่อง นักวิจัยกำลังพัฒนาแนวทางใหม่ๆที่อาจเปลี่ยนแปลงวิธีการระบุตำแหน่งในอนาคต

Quantum GPS (หรือ Quantum Positioning System) ต่างจาก GPS ทั่วไปตรงที่ ไม่ต้องพึ่งพาสัญญาณดาวเทียมจากอวกาศเลย แต่ใช้อุปกรณ์ตรวจวัดระดับอะตอมคำนวณตำแหน่งด้วยตัวเองจากภายในตัวเครื่อง

หนึ่งในเทคโนโลยีเกิดใหม่ที่น่าสนใจที่สุดคือ Quantum GPS หรือที่บางครั้งเรียกในภาพรวมกว้างๆ ว่า “การนำทางด้วยควอนตัม” ซึ่งแตกต่างจาก GPS แบบดั้งเดิมที่ต้องอาศัยสัญญาณจากดาวเทียม การนำทางด้วยควอนตัมสามารถใช้เซ็นเซอร์ควอนตัมที่มีความไวสูงในการวัดการเคลื่อนที่และการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งของวัตถุ โดยไม่จำเป็นต้องพึ่งพาสัญญาณจากดาวเทียมภายนอกอย่างต่อเนื่อง

แล้ว Quantum GPS แตกต่างจาก GPS แบบดั้งเดิมอย่างไร? คำตอบนั้นครอบคลุมถึงความแตกต่างสำคัญหลายประการ ทั้งในด้านการพึ่งพาสัญญาณ เซ็นเซอร์ ความแม่นยำ โครงสร้างพื้นฐาน และการประยุกต์ใช้งานที่เป็นไปได้

GPS แบบดั้งเดิมคืออะไร?
GPS หรือ Global Positioning System (ระบบระบุตำแหน่งบนโลก) คือระบบนำทางที่ใช้ดาวเทียมซึ่งพัฒนาขึ้นโดยสหรัฐอเมริกาเป็นแห่งแรก โดยเครื่องรับสัญญาณ GPS จะระบุตำแหน่งของตนเองได้จากการรับสัญญาณเวลาจากดาวเทียมหลายดวง

ดาวเทียม GPS แต่ละดวงจะส่งข้อมูลอย่างต่อเนื่อง ซึ่งรวมถึงข้อมูลเวลาและข้อมูลวงโคจรที่มีความแม่นยำสูงมาก เครื่องรับสัญญาณจะเปรียบเทียบเวลาที่สัญญาณจากดาวเทียมแต่ละดวงเดินทางมาถึง แล้วนำข้อมูลนี้มาคำนวณหาตำแหน่งของตนเอง

กระบวนการระบุตำแหน่งด้วย GPS ขั้นพื้นฐานประกอบด้วย:
การรับสัญญาณจากดาวเทียม GPS
การวัดเวลาที่สัญญาณเหล่านั้นใช้ในการเดินทาง
การคำนวณระยะทางไปยังดาวเทียม
การนำข้อมูลการวัดจากดาวเทียมหลายดวงมารวมกัน
การระบุค่าละติจูด ลองจิจูด ระดับความสูง และเวลา

ระบบนำทางสมัยใหม่สามารถทำงานร่วมกันระหว่าง GPS และระบบนำทางด้วยดาวเทียมอื่นๆ เช่น Galileo, GLONASS และ BeiDou เพื่อเพิ่มความพร้อมใช้งานและประสิทธิภาพในการระบุตำแหน่งให้ดียิ่งขึ้น

แม้ว่า GPS จะมีประโยชน์อย่างมหาศาล แต่ก็มีข้อจำกัดสำคัญประการหนึ่ง นั่นคือเครื่องรับสัญญาณจำเป็นต้องสามารถรับสัญญาณดาวเทียมที่ใช้งานได้จริงสำหรับการระบุตำแหน่งด้วยดาวเทียมในรูปแบบดั้งเดิม

Quantum GPS คืออะไร?

คำว่า Quantum GPS อาจทำให้เข้าใจผิดได้บ้าง เนื่องจากระบบนำทางด้วยควอนตัมที่กำลังพัฒนาขึ้นมาใหม่นี้ ไม่ได้มีจุดมุ่งหมายเพื่อเข้ามาแทนที่กลุ่มดาวเทียม GPS โดยตรงเสมอไป

ในหลายกรณี เทคโนโลยีนี้หมายถึงระบบนำทางที่อาศัยเซ็นเซอร์ควอนตัม โดยเฉพาะอย่างยิ่งมาตรความเร่งแบบควอนตัม (quantum accelerometers) และไจโรสโคปแบบควอนตัม (quantum gyroscopes) เซ็นเซอร์เหล่านี้ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของอะตอมและกลศาสตร์ควอนตัมในการวัดค่าความเร่งและการหมุนด้วยความไวสูงเป็นพิเศษ

ระบบนำทางด้วยควอนตัมสามารถวัดได้ว่าวัตถุมีการเคลื่อนที่อย่างไรจากจุดเริ่มต้นที่ทราบตำแหน่งแน่ชัดแล้ว ด้วยการวัดค่าความเร่งและการหมุนอย่างต่อเนื่อง ระบบจึงสามารถประเมินการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งได้โดยไม่ต้องพึ่งพาสัญญาณ GPS จากภายนอกตลอดเวลา

แนวทางนี้มักถูกจัดอยู่ในกลุ่มเทคโนโลยีการนำทางด้วยระบบเฉื่อยแบบควอนตัม (Quantum Inertial Navigation) หรือการนำทางในพื้นที่ที่ไม่มีสัญญาณ GPS (GPS-denied navigation)

เทคโนโลยีนี้ยังอยู่ในระหว่างการพัฒนา และโครงการวิจัยต่างๆ ก็ใช้โครงสร้างระบบที่แตกต่างกัน ดังนั้น คำว่า “Quantum GPS” จึงควรเข้าใจว่าเป็นคำกว้างๆ ที่หมายถึงการระบุตำแหน่งและการนำทางที่ได้รับการปรับปรุงประสิทธิภาพด้วยเทคโนโลยีควอนตัม มากกว่าที่จะเป็นระบบมาตรฐานเดียวที่มาแทนที่ GPS ในปัจจุบัน

ความแตกต่างหลักระหว่าง Quantum GPS กับ GPS

ความแตกต่างที่สำคัญที่สุดคือแหล่งที่มาของข้อมูลตำแหน่ง

GPS แบบดั้งเดิมนั้นอาศัยสัญญาณจากดาวเทียมเป็นหลัก

ในขณะที่ระบบนำทางแบบควอนตัมสามารถใช้เซ็นเซอร์ควอนตัมเพื่อวัดการเคลื่อนที่จากภายในระบบเองได้

ความแตกต่างนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่สัญญาณดาวเทียมอ่อน ถูกบดบัง หรือถูกรบกวนโดยเจตนา

ตัวอย่างเช่น พื้นที่ใต้ดิน ใต้น้ำ อาคารหรือโครงสร้างปิด และสภาพแวดล้อมในเขตเมืองบางแห่ง อาจสร้างความท้าทายให้กับการนำทางด้วยดาวเทียม

ระบบนำทางด้วยระบบเฉื่อยแบบควอนตัมอาจสามารถประเมินการเคลื่อนที่ต่อไปได้แม้ในขณะที่ไม่มีสัญญาณดาวเทียม

เซ็นเซอร์ควอนตัม: เทคโนโลยีเบื้องหลังการนำทางแบบควอนตัม

หัวใจสำคัญของการนำทางแบบควอนตัมคือเซ็นเซอร์ควอนตัม

เทคโนโลยีที่สำคัญอย่างหนึ่งคือ อะตอมอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ (atom interferometer) แทนที่จะอาศัยเพียงชิ้นส่วนตรวจวัดเชิงกลแบบดั้งเดิม อะตอมอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์สามารถใช้อะตอมที่มีอุณหภูมิต่ำมากและเทคนิคที่ใช้เลเซอร์เพื่อวัดความเร่งด้วยความไวสูงมาก

แนวคิดพื้นฐานของเทคโนโลยีนี้มีความน่าสนใจมาก
อะตอมสามารถแสดงพฤติกรรมในลักษณะคลื่นได้ นักวิจัยสามารถวัดการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากความเร่งและการหมุนได้โดยการควบคุมคลื่นอะตอมเหล่านี้ด้วยพัลส์เลเซอร์ที่ได้รับการปรับแต่งอย่างแม่นยำ

สิ่งนี้อาจช่วยให้สามารถวัดการเคลื่อนที่ได้อย่างแม่นยำสูงมาก
เทคโนโลยีควอนตัมอื่นๆ ที่กำลังอยู่ในระหว่างการพัฒนายังรวมถึง:
เครื่องวัดความเร่งแบบควอนตัม
เครื่องวัดการหมุนแบบควอนตัม
เครื่องวัดสนามแม่เหล็กแบบควอนตัม
นาฬิกาอะตอม
เครื่องวัดแรงโน้มถ่วงแบบควอนตัม

เทคโนโลยีแต่ละชนิดสามารถให้ข้อมูลประเภทต่างๆ ที่อาจนำไปสู่การพัฒนาระบบนำทางขั้นสูงได้

Quantum GPS จำเป็นต้องใช้ดาวเทียมหรือไม่?
ไม่จำเป็นเสมอไป
นี่คือหนึ่งในความแตกต่างทางแนวคิดที่สำคัญที่สุดระหว่างระบบนำทางควอนตัมและ GPS แบบดั้งเดิม

เครื่องรับ GPS แบบดั้งเดิมจำเป็นต้องรับสัญญาณจากดาวเทียมเพื่อคำนวณตำแหน่งโดยใช้ระบบระบุตำแหน่งจากดาวเทียม

ระบบนำทางเฉื่อยควอนตัมสามารถทำงานได้โดยไม่ต้องรับสัญญาณจากดาวเทียมอย่างต่อเนื่อง

อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ได้หมายความว่าระบบนำทางควอนตัมจะกำจัด GPS ออกไปได้อย่างสมบูรณ์

ในระบบจริง เซ็นเซอร์ควอนตัมสามารถทำงานร่วมกับ GPS และเทคโนโลยีการนำทางอื่นๆ ได้ GPS สามารถให้ข้อมูลอ้างอิงตำแหน่งเริ่มต้นหรือเป็นระยะ ในขณะที่เซ็นเซอร์ควอนตัมจะรักษาข้อมูลการนำทางในช่วงเวลาที่ไม่มีสัญญาณดาวเทียม

แนวทางแบบผสมผสานนี้อาจให้ความยืดหยุ่นมากกว่าการพึ่งพาเทคโนโลยีการนำทางเพียงอย่างเดียว

ระบบนำทางควอนตัม GPS เทียบกับ GPS: ความแตกต่างที่สำคัญ
คุณสมบัติ GPS แบบดั้งเดิม ระบบนำทางควอนตัม
เทคโนโลยีหลัก สัญญาณดาวเทียมและการกำหนดเวลาด้วยคลื่นความถี่วิทยุ เซ็นเซอร์ควอนตัมและการวัดแบบเฉื่อย
ต้องใช้สัญญาณดาวเทียม ใช่ สำหรับการระบุตำแหน่ง GPS แบบดั้งเดิม อาจไม่จำเป็นในช่วงที่มีการทำงานแบบเฉื่อย
การวัดหลัก การกำหนดเวลาสัญญาณและรูปทรงเรขาคณิตของดาวเทียม ความเร่ง การหมุน และปริมาณทางกายภาพอื่นๆ
ความเสี่ยงต่อการถูกบดบังสัญญาณ ค่อนข้างสูง อาจต่ำกว่ามาก
โครงสร้างพื้นฐาน ต้องใช้กลุ่มดาวเทียมและโครงสร้างพื้นฐานภาคพื้นดิน อาจทำงานได้ในพื้นที่เมื่อเริ่มต้นใช้งานแล้ว
ความพร้อมของเทคโนโลยี สมบูรณ์และใช้งานอย่างแพร่หลาย กำลังพัฒนาและเกิดขึ้นใหม่
การใช้งานทั่วไป สมาร์ทโฟน รถยนต์ การบิน การขนส่งทางเรือ โลจิสติกส์ การนำทางขั้นสูง การป้องกันประเทศ อวกาศ ใต้ดินและสภาพแวดล้อมที่ไม่มี GPS
เหตุใดการนำทางควอนตัมจึงมีความสำคัญ?
สังคมสมัยใหม่พึ่งพาการระบุตำแหน่งและการกำหนดเวลาเป็นอย่างมาก

ระบบนำทางถูกใช้ในการขนส่ง โทรคมนาคม ระบบการเงิน เครือข่ายพลังงาน การเกษตร บริการฉุกเฉิน และระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม

หากระบบนำทางด้วยดาวเทียมใช้งานไม่ได้ ไม่แม่นยำ หรือไม่น่าเชื่อถือ ระบบต่างๆ จำนวนมากอาจได้รับผลกระทบ

สัญญาณ GPS ที่ส่งมายังโลกนั้นค่อนข้างอ่อน ซึ่งหมายความว่าอาจได้รับผลกระทบจากสิ่งกีดขวางทางกายภาพ สภาพบรรยากาศ การรบกวน หรือการรบกวนโดยเจตนา

การนำทางด้วยควอนตัมเสนอแนวทางที่เป็นไปได้ในการลดการพึ่งพาสัญญาณนำทางภายนอก

สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับระบบที่ต้องทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในสภาพแวดล้อมที่ยากลำบาก

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยี GPS ควอนตัม
1. การบิน
โดยปกติแล้วเครื่องบินจะใช้เทคโนโลยีการนำทางหลายอย่างแทนที่จะพึ่งพาแหล่งกำหนดตำแหน่งเพียงแหล่งเดียว

เซ็นเซอร์เฉื่อยควอนตัมอาจให้การวัดการเคลื่อนไหวที่แม่นยำสูงและช่วยให้เครื่องบินรักษาข้อมูลการนำทางไว้ได้เมื่อสัญญาณดาวเทียมถูกรบกวน

สิ่งนี้อาจมีค่าอย่างยิ่งสำหรับเครื่องบินอัตโนมัติและระบบการบินขั้นสูง

2. การนำทางทางทะเล
เรือและเรือดำน้ำอาจพบกับสภาพแวดล้อมที่การนำทางด้วยดาวเทียมทำได้ยากหรือไม่สามารถใช้งานได้

ตัวอย่างเช่น เรือดำน้ำไม่สามารถพึ่งพา GPS เพียงอย่างเดียวขณะปฏิบัติงานใต้น้ำได้

เซ็นเซอร์ควอนตัมเฉื่อยที่มีความไวสูงอาจช่วยให้ยานใต้น้ำสามารถประมาณการการเคลื่อนที่ของตนเองได้เป็นเวลานานโดยไม่ต้องขึ้นสู่ผิวน้ำเพื่อรับการระบุตำแหน่งจากดาวเทียม

3. การนำทางใต้ดิน
โดยปกติแล้วสัญญาณ GPS ไม่สามารถทะลุผ่านใต้ดินลึกได้

สิ่งนี้สร้างความท้าทายสำหรับการใช้งาน เช่น การทำเหมือง การก่อสร้างใต้ดิน และการดำเนินงานอุโมงค์

เซ็นเซอร์ควอนตัมอาจให้ข้อมูลการนำทางในสภาพแวดล้อมเหล่านี้โดยไม่จำเป็นต้องเชื่อมต่อโดยตรงกับดาวเทียม

4. ยานพาหนะอัตโนมัติ
ยานพาหนะขับเคลื่อนด้วยตนเองต้องการข้อมูลที่แม่นยำเกี่ยวกับตำแหน่งและการเคลื่อนที่ของตนเอง

ยานพาหนะอัตโนมัติในอนาคตอาจรวมการนำทางด้วยดาวเทียม กล้อง ไลดาร์ เรดาร์ หน่วยวัดความเฉื่อย แผนที่ และเซ็นเซอร์อื่นๆ เข้าด้วยกัน

เซ็นเซอร์ควอนตัมอาจกลายเป็นแหล่งข้อมูลการเคลื่อนที่ที่มีความแม่นยำสูงอีกแหล่งหนึ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อการระบุตำแหน่งด้วยดาวเทียมไม่น่าเชื่อถือ

5. การสำรวจอวกาศ
ยานอวกาศปฏิบัติงานในสภาพแวดล้อมที่การครอบคลุมของ GPS บนโลกแบบดั้งเดิมอาจมีจำกัดหรือไม่สามารถใช้งานได้

เซ็นเซอร์ควอนตัมขั้นสูงและนาฬิกาอะตอมอาจช่วยสนับสนุนการนำทางและการกำหนดเวลาสำหรับยานอวกาศในอนาคตและภารกิจสำรวจอวกาศห้วงลึกได้

6. การป้องกันและความมั่นคง
ระบบนำทางทางทหารจำเป็นต้องทำงานในสภาพแวดล้อมที่สัญญาณดาวเทียมอาจถูกรบกวนโดยเจตนา

ดังนั้น การนำทางแบบเฉื่อยควอนตัมจึงเป็นพื้นที่วิจัยที่สำคัญสำหรับการนำทางในสภาวะที่ไม่มีสัญญาณ GPS

อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการใช้งานจริงของแต่ละระบบนั้นแตกต่างกัน และเทคโนโลยีหลายอย่างยังอยู่ระหว่างการพัฒนา

GPS ควอนตัมจะแม่นยำกว่า GPS ทั่วไปได้หรือไม่?
อาจเป็นไปได้ แต่ความแม่นยำไม่ควรถูกเปรียบเทียบโดยใช้กฎง่ายๆ ว่า “ควอนตัมดีกว่า”

ความแม่นยำของ GPS ทั่วไปขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย รวมถึงรูปทรงเรขาคณิตของดาวเทียม คุณภาพของตัวรับสัญญาณ ผลกระทบจากชั้นบรรยากาศ บริการแก้ไข และสภาพแวดล้อมโดยรอบ

เซ็นเซอร์ควอนตัมสามารถให้การวัดความเร่งและการหมุนที่ละเอียดอ่อนมาก อย่างไรก็ตาม การนำทางแบบเฉื่อยก็มีข้อจำกัดของตัวเองเช่นกัน นั่นคือ ข้อผิดพลาดในการวัดเล็กๆ น้อยๆ สามารถสะสมได้เมื่อเวลาผ่านไป

ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า การคลาดเคลื่อน (drift)

ตัวอย่างเช่น หากระบบนำทางวัดความเร่งผิดพลาดเล็กน้อย ความผิดพลาดนั้นอาจค่อยๆ ทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการระบุตำแหน่งที่ใหญ่ขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป

เซ็นเซอร์ควอนตัมสามารถลดข้อผิดพลาดในการวัดบางอย่างได้ แต่การสร้างระบบที่ใช้งานได้จริงโดยมีการคลาดเคลื่อนต่ำเพียงพอ ฮาร์ดแวร์ขนาดกะทัดรัด ความต้องการพลังงานที่จัดการได้ และต้นทุนที่สมเหตุสมผล ยังคงเป็นความท้าทายทางวิศวกรรม

ดังนั้น การนำทางด้วยควอนตัมจึงไม่ควรถูกมองว่าแม่นยำกว่า GPS โดยอัตโนมัติ

GPS นั้นมีประสิทธิภาพสูงอยู่แล้ว

สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่า GPS แบบดั้งเดิมไม่ใช่เทคโนโลยีที่ล้าสมัย
การนำทางด้วยดาวเทียมสมัยใหม่ได้รับประโยชน์จากการพัฒนามาหลายทศวรรษ เครื่องรับสัญญาณในปัจจุบันสามารถบรรลุประสิทธิภาพการระบุตำแหน่งที่น่าประทับใจ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อรวมกับเทคนิคการแก้ไขและสัญญาณจากกลุ่มดาวเทียมนำทางหลายกลุ่ม

GPS ยังให้สิ่งที่มีค่าอย่างยิ่ง: ระบบอ้างอิงระดับโลก
ดังนั้น การนำทางด้วยแรงเฉื่อยควอนตัมและ GPS จึงแก้ปัญหาที่แตกต่างกันเล็กน้อย

GPS ให้การอ้างอิงตำแหน่งและเวลาภายนอก
เซ็นเซอร์ควอนตัมอาจให้การวัดการเคลื่อนไหวที่ละเอียดอ่อนเป็นพิเศษโดยไม่ต้องพึ่งพาการอ้างอิงภายนอกนั้นอย่างต่อเนื่อง

เทคโนโลยีทั้งสองสามารถเสริมซึ่งกันและกันได้

ความท้าทายของการคลาดเคลื่อนของเซ็นเซอร์ควอนตัม

หนึ่งในความท้าทายทางเทคนิคที่สำคัญที่สุดคือการคลาดเคลื่อนของแรงเฉื่อย

ลองนึกภาพการเริ่มต้นด้วยตำแหน่งที่ทราบอย่างสมบูรณ์ แล้วเคลื่อนที่ผ่านเมืองโดยไม่ใช้ GPS ระบบนำทางจะต้องวัดความเร่งและการหมุนอย่างต่อเนื่องเพื่อประมาณตำแหน่งที่ยานพาหนะเคลื่อนที่ไป

แม้แต่ข้อผิดพลาดเล็กน้อยก็สามารถสะสมได้

เซ็นเซอร์ควอนตัมมีเป้าหมายที่จะทำให้การวัดเหล่านี้มีความแม่นยำเป็นพิเศษ แต่ก็ยังคงทำงานภายใต้ข้อจำกัดทางกายภาพและวิศวกรรมในโลกแห่งความเป็นจริง

ดังนั้น นักวิจัยจึงกำลังทำงานเกี่ยวกับวิธีการต่างๆ ดังนี้:
ปรับปรุงความไวของเซ็นเซอร์
ลดสัญญาณรบกวนในการวัด
แก้ไขข้อผิดพลาดที่เป็นระบบ
ทำให้เซ็นเซอร์ควอนตัมมีขนาดเล็ลง
ลดการใช้พลังงาน
ปรับปรุงความทนทานต่อการรบกวนจากสิ่งแวดล้อม
บูรณาการเซ็นเซอร์ควอนตัมกับเทคโนโลยีการนำทางแบบดั้งเดิม

การพัฒนาเหล่านี้จะมีความสำคัญก่อนที่การนำทางควอนตัมจะแพร่หลายในอุปกรณ์ของผู้บริโภคในชีวิตประจำวัน

สมาร์ทโฟนจะแทนที่ GPS ด้วย GPS ควอนตัมหรือไม่?
การแทนที่อย่างสมบูรณ์นั้นไม่น่าจะเกิดขึ้นในระยะเวลาอันใกล้นี้
สมาร์ทโฟนในปัจจุบันใช้ตัวรับสัญญาณนำทางด้วยดาวเทียมขนาดกะทัดรัดและราคาไม่แพง ร่วมกับ Wi-Fi เครือข่ายโทรศัพท์มือถือ เซ็นเซอร์วัดความเฉื่อย กล้อง และเทคโนโลยีอื่นๆ

ปัจจุบันเซ็นเซอร์ควอนตัมต้องการฮาร์ดแวร์ที่ซับซ้อนกว่าเซ็นเซอร์ที่พบในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคทั่วไปมาก

เพื่อให้การนำทางด้วยควอนตัมกลายเป็นเรื่องปกติในสมาร์ทโฟน นักวิจัยจำเป็นต้องทำให้เทคโนโลยีนี้มีขนาดเล็กลง ราคาถูกลง ประหยัดพลังงานมากขึ้น และผลิตได้ง่ายขึ้นอย่างมาก

ในทางกลับกัน การนำเทคโนโลยีนี้มาใช้ในช่วงแรกน่าจะมุ่งเน้นไปที่การใช้งานเฉพาะทางที่ความน่าเชื่อถือในการนำทางมีความสำคัญเป็นพิเศษ

Quantum GPS กับอนาคตของการนำทาง

อนาคตของการนำทางไม่น่าจะขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีเพียงอย่างเดียว
แต่ระบบนำทางขั้นสูงอาจเป็นการผสมผสานข้อมูลจากแหล่งที่มาอิสระหลายแหล่งเข้าด้วยกัน

ยานพาหนะในอนาคตอาจใช้ระบบต่างๆ ดังนี้:
ระบบนำทางผ่านดาวเทียม
เซ็นเซอร์เฉื่อยแบบควอนตัม
หน่วยวัดแรงเฉื่อยแบบดั้งเดิม
กล้อง
เรดาร์
LiDAR
แผนที่ดิจิทัล
ข้อมูลสภาพภูมิประเทศ
นาฬิกาอะตอม
เซ็นเซอร์ตรวจจับสภาพแวดล้อมอื่นๆ

การผสมผสานเทคโนโลยีที่เป็นอิสระต่อกันสามารถทำให้ระบบนำทางมีความทนทานและเชื่อถือได้มากขึ้น

หากแหล่งข้อมูลหนึ่งไม่สามารถใช้งานได้ แหล่งข้อมูลอื่นก็ยังคงสามารถให้ข้อมูลที่เป็นประโยชน์ต่อไปได้

หลักการนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับระบบอัตโนมัติ อากาศยาน เรือ ยานอวกาศ และเครื่องจักรอื่นๆ ที่ไม่สามารถหยุดทำงานได้อย่างปลอดภัยเพียงเพราะสัญญาณดาวเทียมขาดหายไป

อะไรทำให้การนำทางแบบควอนตัมเป็นเทคโนโลยีที่ทันสมัย?
การนำทางแบบควอนตัมสะท้อนให้เห็นถึงแนวโน้มที่กว้างขึ้นของเทคโนโลยีสมัยใหม่ นั่นคือการใช้ปรากฏการณ์ทางฟิสิกส์พื้นฐานเพื่อสร้างระบบการวัดที่มีความไวสูงขึ้นเรื่อยๆ

แทนที่จะเพียงแค่ทำให้เซ็นเซอร์แบบดั้งเดิมมีขนาดเล็กลงในเชิงกลไกหรือทำงานเร็วขึ้นในเชิงอิเล็กทรอนิกส์ นักวิจัยกำลังศึกษาคุณสมบัติพิเศษของอะตอมและระบบควอนตัม

แนวทางนี้อาจช่วยปรับปรุงการวัดค่าต่างๆ ได้แก่:
ความเร่ง
การหมุน
แรงโน้มถ่วง
สนามแม่เหล็ก
เวลา
ตำแหน่ง
เทคโนโลยีในกลุ่มเดียวกันนี้อาจมีส่วนช่วยในด้านการนำทาง ธรณีฟิสิกส์ การตรวจสอบโครงสร้างพื้นฐาน การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ และสาขาอื่นๆ ในอนาคต

Quantum GPS กับ GPS: คำอธิบายแบบเข้าใจง่าย
ความแตกต่างสามารถสรุปได้ด้วยตัวอย่างง่ายๆ
ลองจินตนาการว่าคุณกำลังขับรถผ่านเมือง
GPS แบบดั้งเดิม:
เครื่องรับสัญญาณของคุณจะรับสัญญาณจากดาวเทียมและคำนวณตำแหน่งของคุณโดยอิงจากสัญญาณเหล่านั้น

การนำทางแบบควอนตัม:
ระบบเฉื่อยแบบควอนตัมจะวัดความเร่งและการหมุนของยานพาหนะ โดยเริ่มจากตำแหน่งที่ทราบค่าอยู่แล้ว ระบบสามารถประเมินการเปลี่ยนแปลงของตำแหน่งได้โดยไม่ต้องรับสัญญาณดาวเทียมอย่างต่อเนื่อง

ในทางปฏิบัติ ระบบที่มีประโยชน์ที่สุดในอนาคตอาจเป็นการผสมผสานทั้งสองระบบเข้าด้วยกัน

GPS สามารถให้ข้อมูลอ้างอิงจากภายนอก ในขณะที่เซ็นเซอร์ควอนตัมสามารถช่วยรักษาการนำทางในกรณีที่สัญญาณ GPS ไม่สามารถใช้งานได้ชั่วคราว

Quantum GPS ไม่ใช่เพียงแค่ GPS เวอร์ชันที่ใหม่กว่าหรือทำงานได้เร็วกว่าระบบเดิม แต่ถือเป็นแนวทางการนำทางรูปแบบใหม่ที่ใช้เซ็นเซอร์ควอนตัมที่มีความไวสูงในการตรวจวัดการเคลื่อนที่ และอาจสามารถทำงานได้โดยไม่ต้องอาศัยสัญญาณจากดาวเทียมอย่างต่อเนื่อง

ในขณะที่ GPS แบบดั้งเดิมยังคงเป็นเทคโนโลยีการนำทางระดับโลกที่มีความพร้อมและเปี่ยมด้วยประสิทธิภาพ ระบบนำทางแบบควอนตัมยังถือเป็นเทคโนโลยีที่อยู่ในช่วงเริ่มต้นพัฒนาและมีความท้าทายทางวิศวกรรมที่สำคัญหลายประการ เช่น ขนาดของเซ็นเซอร์ ต้นทุน การใช้พลังงาน ความไวต่อสภาพแวดล้อม และปัญหาความคลาดเคลื่อนสะสมตามกาลเวลา

ดังนั้น รูปแบบที่เป็นไปได้มากที่สุดในอนาคตอาจเป็นระบบนิเวศการนำทางแบบผสมผสาน ซึ่ง GPS และเซ็นเซอร์ควอนตัมทำงานร่วมกัน แทนที่จะให้ระบบใดระบบหนึ่งเข้ามาแทนที่อีกระบบหนึ่งโดยสิ้นเชิง

เมื่อเทคโนโลยีการตรวจวัดด้วยควอนตัมมีความก้าวหน้าและพร้อมใช้งานมากขึ้น เทคโนโลยีนี้จะมีประโยชน์อย่างยิ่งต่ออากาศยาน เรือ เรือดำน้ำ ยานพาหนะอัตโนมัติ การปฏิบัติงานใต้ดิน ยานอวกาศ และระบบอื่นๆ ที่จำเป็นต้องมีการนำทางที่แม่นยำและเชื่อถือได้ในสถานการณ์ที่สัญญาณดาวเทียมไม่สามารถใช้งานได้