量子技術不再局限于實驗室，它正在進入我們的日常生活?，F在，它即將改變一些更根本的事情：我們如何駕馭世界。

想象一下，潛艇在海底行駛，永遠不需要浮出水面以獲取位置更新。

飛機以不可動搖的精度飛越各大洲，不受信號中斷的影響。

應急響應人員可以完美地在煙霧彌漫的建筑物或地下隧道中穿行，而自動駕駛汽車則可以在密集的城市環境中繪制完美的路線。

這些場景聽起來像科幻小說，但它們都可以通過一種稱為量子導航的新興方法實現。

這項改變游戲規則的技術有朝一日將以我們才剛剛開始想象的方式重新定義運動、探索和連接。那么，它是什么呢？

衛星導航是許多事情的核心

全球導航衛星系統，如 GPS，深深植根于現代社會。我們每天都使用它們進行導航、訂購送貨和標記照片位置。但它們的影響遠不止于方便。

來自地球軌道衛星的計時信號驗證了股票市場交易，并有助于平衡電網。農業、衛星導航Guides 自動拖拉機和幫助召集牛.

緊急服務依靠導航衛星系統進行快速響應，從而減少所需時間幫助有需要的人.

盡管有它們的好處，但像 GPS 這樣的系統非常脆弱。衛星信號可能會受到干擾或干擾。這可能是由于正在進行的戰爭、恐怖主義或出于合法（或非法）的隱私問題。地圖就像 GPSJAM 一樣顯示實時干擾熱點，例如中東、俄羅斯和烏克蘭周邊地區以及緬甸。

太空環境也不是一成不變的。太陽定期噴射出巨大的等離子體球，導致我們所知道的太陽風暴.這些發射物撞擊地球磁場，擾亂了衛星和 GPS 信號。這些影響通常是暫時的，但它們也會造成重大損害。取決于風暴的嚴重程度.

全球導航衛星系統中斷不僅僅是不便，還會破壞我們最關鍵的基礎設施。

據估計，丟失 GPS 只會使美國經濟損失慘重每天約 10 億美元（15 億澳元），導致互連系統出現級聯故障。

量子導航救援

在某些環境中，來自衛星的導航信號效果不佳。例如，它們不會滲透到水或地下空間。

如果您曾經嘗試過在摩天大樓林立的城市中使用 Google 地圖，您可能會遇到問題。高層建筑會導致信號反射，從而降低準確性，并且建筑物內的信號會減弱或完全不可用。

這就是量子導航有一天可以發揮作用的地方。

量子科學描述了粒子在小于原子的尺度上的行為。它揭示了令人難以置信的效果，例如疊加 - 粒子同時以多種狀態存在 - 以及糾纏（當粒子通過空間和時間以違背經典理解的方式連接起來時）。

這些影響很脆弱，通常會在觀察下崩潰，這就是為什么我們在日常生活中不會注意到它們的原因。但量子過程的非常脆弱也使它們成為精致的傳感器。

傳感器是一種設備，可以檢測周圍世界的變化，并將該信息轉化為我們可以測量或使用的信號。想想當我們走近它們時會自動打開的門，或者會響應我們的觸摸的手機屏幕。

量子傳感器之所以如此敏感，是因為量子粒子會對其環境中的微小變化做出反應。與可能會錯過微弱信號的普通傳感器不同，量子傳感器非常擅長檢測時間、重力或磁場等事物的最小變化。

它們的靈敏度來自于當周圍環境中的事物發生變化時，量子態很容易發生變化，這使我們能夠比以前更準確地測量事物。

這種精度對于強大的導航系統至關重要。

我們的團隊正在研究使用量子傳感器測量地球磁場以進行導航的新方法。通過在鉆石中使用量子效應，我們可以實時檢測地球的磁場，并將測量結果與預先存在的磁場圖，為 GPS 等衛星導航提供了一種彈性替代方案。

由于磁信號不受干擾影響并在水下工作，因此它們提供了一個很有前途的備份系統。

導航的未來

未來的導航將集成量子傳感器以提高定位精度（通過地球的磁場和引力場），改善方向（通過量子陀螺儀），并實現卓越的計時（通過緊湊的原子鐘和互連的計時系統）。

這些技術有望補充并在某些情況下提供傳統衛星導航的替代方案。

然而，雖然量子導航的潛力是顯而易見的，但使其成為現實仍然是一個重大挑戰。世界各地的研究人員和公司都在努力改進這些技術，學術界、政府實驗室和工業界正在做出重大努力。

初創公司和老牌公司正在開發量子加速度計（測量運動的設備）和陀螺儀，但大多數仍處于早期測試階段或專業應用。

主要障礙包括減小量子傳感器的尺寸和功率需求，提高它們在受控實驗室設置之外的穩定性，以及將它們集成到現有的導航系統中。

成本是另一個障礙 – 當今的量子設備既昂貴又復雜，這意味著要花幾年時間才能得到廣泛采用。

如果能夠克服這些挑戰，量子導航就可以以微妙而深刻的方式重塑日常生活。雖然量子導航不會在一夜之間取代 GPS，但它可能會成為保持世界運轉的基礎設施的重要組成部分。

艾莉森·基利，創新星球研究所所長，斯威本科技大學

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