英国研发量子导航系统 旨在对抗致命的GPS欺骗

英国通过一系列试飞展示了未来量子导航系统的核心技术，该系统旨在挫败交通领域面临的最危险、但尚未广泛宣传的威胁之一：GPS 干扰和欺骗。全球定位系统（GPS）已成为我们生活的一部分，应用广泛，人们很容易将其视为理所当然--直到您驾车驶入陡峭的山谷或茂密的森林，完全失去了卫星信号。当油量表在空值附近徘徊，而你却不知道下一个加油站在哪里时，这可能会让你感到不安。

QuinetiQ RJ100 机载技术演示器配备了量子技术，旨在成为量子惯性导航系统的一部分

对于船只，尤其是飞机来说情况更糟，因为它们面临的不仅仅是意外信号中断的可能性，还有主动干扰和欺骗。干扰 GPS 与干扰无线电或雷达是一样的。只需发出强大的信号，就能压倒和淹没 GPS 信号。另一方面，欺骗则危险得多。这是指发送虚假信号，使 GPS 设备误以为自己在其他地方并向错误的方向行进。

这听起来像是邦德系列惊悚片中的情节，但却是非常真实和常见的威胁。根据欧洲公务机协会的数据，仅在 2022 年就发生了 49605 起民用飞机遭受欺骗的事件--通常是由于在冲突地区附近飞行，欺骗被用来误导敌方战机和无人机，尽管此类事件可能发生在任何地方。

新导航系统以量子力学为基础

一旦被欺骗，机组人员就会分心。他们失去了对态势的感知。现在，他们的工作负担更重了，因为他们要应对紧急情况。需要记住的是，欺骗不仅仅会迷惑机组人员，依赖飞机应答机（现在是错误的）的空中交通管制人员也可能受到影响，在联系他们确认位置时可能用处不大。

更糟糕的是，飞行员所依赖的电子飞行包可能已损坏，机组人员无法相信它对燃油剩余量等问题的计算。飞机的航线、速度和高度也可能出现偏差。飞机甚至可能从自动跟踪网站上消失，从而增加致命事故发生的几率。欺骗还可能危及起飞、碰撞警报和数字罗盘，而自动驾驶仪也可能自行断开连接。

解决这一问题的方法之一是增加惯性制导系统等备用导航设备。惯性导航系统本质上是电子版的死位推算，全世界的潜艇都在使用，它通过切换到陀螺罗盘和加速度计来自动计算艇的航向和位置，测量艇在三个轴上的转向和加速度。

如果使用者一开始就有一个不错的导航定位，那么它就是一个非常有用的工具，但它也有局限性，因为随着时间的推移，误差会逐渐进入系统，直到它们累积起来并相互加强--这可能导致读数偏差数英里。这就是为什么潜艇必须定期浮出水面以获得新的 GPS 定位。

由于飞机的移动速度比潜艇快得多，这些误差的累积速度也会更快。为了解决这个问题，英国合作伙伴 Infleqtion 公司、BAE 系统公司、QinetiQ 公司和英国研究与创新公司正在利用量子力学创造一种新的死算。

量子导航系统以所谓的量子传感为基础，在低温条件下，利用量子力学的特殊性质，包括量子纠缠、量子干扰和量子态挤压，对单个原子的运动进行精确跟踪。结合原子钟和过滤干扰的特殊软件分析，它们可以在相当长的时间内替代全球定位系统。

英国政府表示，希望新的基于量子的定位、导航和授时（PNT）系统能够成为保护商业航班免受欺骗的更大系统的一部分。最近在威尔特郡博斯科姆唐的国防部设施完成的测试展示了两种量子技术：紧凑型蒂克尔（Tiqker）光学原子钟和严密封闭的超冷原子量子系统。这两项技术都安装在 QinetiQ 公司的 RJ100 机载技术演示飞机上，该飞机装有战斗机机头。PNT 最终将集成到一个完整的量子惯性导航系统（Q-INS）中。

英国科学大臣安德鲁-格里菲斯（Andrew Griffith）说："从客运航班到航运，我们都依赖于准确、安全和可靠的导航系统。我们在这里支持的量子技术科学研究可以很好地提供保护我们利益的复原力。这项技术首次在英国天空飞行，进一步证明了英国在量子领域的世界领先地位。"