提升飞机导航的奥秘可能藏在地壳中
随着全球定位系统(GPS)日益容易受到干扰，飞机需要更可靠的导航系统。地壳中的磁力可能提供一种新颖的解决方案。
基于卫星的全球定位系统（GPS）数十年来一直是航空导航的主要方式。但随着 GPS 干扰与欺骗行为日益猖獗 ，航空业正迫切寻求升级方案。
如今， 空客公司位于硅谷的创新中心 Acubed，与专注人工智能和量子技术的谷歌子公司 SandboxAQ 正致力于展示一种替代方案。该方案仅需一个烤面包机大小的盒子、若干激光器、一块 GPU 芯片，以及对地球磁场的深入认知。
这项被称为量子传感的技术已在多家公司研发数十年，如今正逐步接近在航空航天领域的商业化应用。
Acubed 近期对 SandboxAQ 的量子传感设备 MagNav 进行了大规模测试，在一架被其称为"飞行实验室"的通用航空飞机上，携带该设备在美国本土上空进行了超过 150 小时的飞行测试。
MagNav 利用量子物理学原理测量地壳各处的独特磁特征，并通过人工智能算法将这些特征与精确位置相匹配。测试期间，Acubed 发现该技术在全程飞行中确定飞机位置的能力方面，有望成为 GPS 的理想替代方案。
"最困难的部分是证明这项技术确实可行，"SandboxAQ 首席执行官杰克·希达里表示，并补充说明该技术仍需更多测试和认证才能走出试验阶段。随着 GPS 干扰事件增多，航班对备用导航系统的需求日益迫切，SandboxAQ 将首先瞄准国防客户，随后拓展至商业航班领域。
空客公司表示无法就未来使用该技术的计划置评。"我很高兴我们迄今能对此进行投资，"Acubed 首席系统工程师埃里克·尤特诺尔表示，"这确实表明该技术可能成为潜在辅助手段。空客所有关键业务领域都需要这项技术。"
所谓 GPS 干扰（即地理定位信号被阻断导致无法显示飞行位置）和欺骗（GPS 显示虚假位置）在中东及乌克兰、俄罗斯周边地区日益猖獗。该地区多国军方可能使用此类技术防止导弹和无人机锁定目标，但这类操作会影响民航航班。
GPS 与量子传感之争
GPS 通过环绕地球的卫星星座广播精确信号实现定位。但军方和恶意行为者也能发射难以辨别的地面伪造信号 。
桑迪博克斯 AQ 的希达里表示，这种量子传感设备完全采用模拟技术，本质上无法被干扰或欺骗。与 GPS 不同，它不依赖任何可能遭受黑客攻击的数字信号。他解释说，设备提供的所有信息都由机载装置自主生成，并利用地球磁场特征——这些磁场特征无法伪造。
希达里指出，量子传感技术或许不会完全取代传统 GPS 的所有应用场景，但它能作为可靠的备用方案，并帮助飞行员准确识别 GPS 信号何时遭到欺骗。
工作原理
在桑迪博克斯 AQ 设备（本质上是一个小型黑匣子）内部，激光器向电子发射光子迫使其吸收。当激光关闭时，电子会回归基态并释放该光子。光子释放时会根据当前位置地球磁场的强度，产生独特的特征信号。
地球表面每平方米区域都具有独特的磁特征，这源于地核熔融外层中带电铁粒子对地壳矿物质的特殊磁化作用。SandboxAQ 公司开发的设备能追踪这种磁特征，将其输入仅需单个 GPU 运行的 AI 算法，与现有磁特征地图进行比对后，即可返回精确位置坐标。
SandboxAQ 量子传感设备 MagNav 测试中使用的飞行路线。 插图：SandboxAQ
美国联邦航空管理局要求飞机在航途中必须能将自身定位误差控制在 2 海里（约 2.3 英里）范围内。Acubed 的测试数据显示，MagNav 系统实现 2 海里定位精度的成功率达 100%，甚至能在 64%的情况下将误差缩小至 550 米（约 0.3 海里）以内。
"据我们所知，这是过去 50 年来首个创新的绝对导航系统，"Hidary 表示。
量子传感还能做什么？
安永全球首席创新官乔·德帕表示，量子传感的应用不仅限于航空航天领域。在国防方面，它还可用于探测隐藏的潜艇和隧道。
在医疗保健领域，量子传感甚至能检测来自大脑或心脏的微弱磁信号，理论上可以实现无需侵入性检查就能更精准地诊断神经和心脏疾病。
德帕指出，虽然这项技术已在实验室研发数十年，但我们正开始看到更多量子传感技术进入现实世界的案例。
一些分析师估计，到2040年量子传感市场规模可能达到10亿至60亿美元。
"我们讨论的不是20年后的事情，"德帕说，"而是当下正在发生的技术。"