GPS導航可能失效？量子感測工具為最佳備案

編譯／高晟鈞

來自美國南加州大學的研究員，正致力於製造更小、更精確的原子加速感測儀器，以便在GPS故障或是沒有訊號時用於導航。

GPS導航

疫情過後，相信許多讀者都去往了世界各地旅遊，而說到旅遊必備的手機應用程式，想必除了翻譯軟件外，便是GPS導航了。我們現在最常使用的手機導航便是Google map了；然而，儘管強大如Google map，在沒有網路、手機訊號的地方，也必須面臨巧婦難為無米之炊的難題。

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GPS（Global Positioning System），全球衛星定位系統，利用裝置接受衛星訊號，來計算你位於地表上的位置。事實上一般來說，無論是車用導航、專業登山GPS或是手機定位GPS都是免費，且完全不需要手機訊號或是網路的。一般會誤以為GPS需要網路，是因為Google地圖為線上地圖，需要透過網路下載圖資才可以使用。

不過，即使衛星無線電訊號不需要網路，也有訊號無法穿透或是覆蓋的地方，例如地下隧道。此外，GPS其實很容易受到干擾，尤其在各國間的現代衝突越來越電子化的背景下。因此，我們必須為GPS失效做好準備，而量子感測在許多方面都有著幫助甚至取代GPS的巨大潛力。

量子感測

利用慣性原理的傳統導航儀器是穩定，且不易受到干擾的，因為它們是透過累積加速度和旋轉來測量位置的變化。一般來說，科學家使用加速度計來測量特定方向移動的距離和速度，而陀螺儀則被用來測量方向的變化與轉動距離。

基於慣性系統的基礎，研究團隊希望使用「原子」來進一步降低誤差，提高測量的精確度。這是因為原子在不同地方的行為方式完全相同。現在，利用原子建造不同感測計所面臨最大的難題，是如何將尺寸小型化，滿足公眾使用，同時保持高精度、低能耗的特性。

許多飛機、船隻都會搭載慣性系統導航儀器，使其在空域與水域中不至於迷失方向。然而，現有的機械感測器容易因摩擦導致磨損，導致每年的設備更換都需要耗費大量資金。此外，這些儀器的製造成本高昂，技術含量高。

因此，許多國家正在積極尋求對慣性系統進行升級，對此，研究團隊所開發的量子方法，可以在沒有移動零件的情況下，滿足加速度測量的需求。研究團隊正積極為美國國防部優化這些系統，持續在在方便性和準確性間取得良好平衡，進而縮小規模並提高成本效益。

資料來源: Phys.org

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