ロシアGPS妨害で注目の「量子航法」技術、その実力と課題は？

9月下旬、スペインの国防相を乗せてリトアニアの基地に向かっていたスペイン軍の航空機がある種の攻撃を受けたと報じられた。それはロケット弾や対空砲弾によるものではなく、GPS システムを妨害する電波によるものだった。

この便は無事着陸したが、2022年のウクライナ侵攻以来、広範囲にわたるロシアの GPS 妨害作戦の影響を受けた数千の便の1つとなった。航空便はどんどん不便になり、実際の災害のリスクは、GPSの脆弱性を浮き彫りにし、航空機が妨害やスプーフィング（GPS 受信機を騙して実際とは異なる場所にいると思わせる手法）による挑戦をはね返すためのより安全な航法手段に注目を集めている。

米国の軍事請負業者たちは、より強力で巧妙な信号を使用する新しいGPS 衛星を展開しており、エンジニアは携帯電話の発信や視覚データなど他の情報源に基づく、より優れた航法情報の提供に取り組んでいる。

研究室から生まれつつあるもう1つの手法が量子航法（quantum navigation）である。光と原子の量子的性質を利用して超高感度センサーを開発し、車両が衛星に依存することなく独立して航法できるようにするものだ。GPS 妨害がより深刻な問題となる中、量子航法の研究は飛躍的に進歩しており、現在多くの研究者や企業が新しい装置と技術のテストを急いでいる。ここ数カ月で、米国防高等研究計画局（DARPA）と国防イノベーション部門は、軍用車両でこの技術をテストし、実用展開に備えるための試験に新たな助成金を支給すると発表した。

変化の追跡

おそらく最も明白な航法は、出発地点を知り、速度、方向、移動時間を記録することで移動先を追跡することである。しかし、慣性航法という名で知られるこの手法は考え方は単純だが、うまく実行するのは困難である。これらの測定値のわずかな不確実性が時間とともに蓄積し、後に大きな誤差につながるからだ。英国の量子対応精密航法・測位・計時ハブ（QEPNT：Hub for Quantum Enabled Precision, Navigation & Timing）の主任研究員であるダグラス・ポールは、既存の慣性航法専用装置は100時間の移動後に20キロメートルの誤差が生じる可能性があると述べている。一方、スマートフォンが一般に内蔵している安価なセンサーは、わずか1時間でその2倍以上の不確実性を生じる。

「1分間飛行するミサイルを誘導するなら、それで十分かもしれません」と彼は言う。「しかし旅客機では、明らかに不十分です」。

より正確な慣性航法では、代わりに亜原子粒子の量子的振る舞いを利用して加速度、方向、時間をより正確に測定するセンサーを使用する。

米国のインフレクション（Infleqtion）などいくつかの企業が、車両の方位を追跡する量子ジャイロスコープと、移動距離を明らかにできる量子加速度計を開発している。インフレクションのセンサーは原子干渉法と呼ばれる技術に基づいている。ルビジウム原子のビームに精密なレーザーパルスを照射し、原子を2つの別々の経路に分割する。その後、他のレーザーパルスが原子を再結合させ、検出器で測定される。原子が運動している間に車両が回転または加速した場合、2つの経路は検出器が解釈できる方法でわずかに位相がずれる。

昨年、同社はこれらの慣性センサーを英国の軍事試験場で飛行するカスタマイズされた航空機で試験した。今年10月、インフレクションはパルスではなく連続的な原子流を使用する新世代の慣性センサーの初の実世界テストを実施した。これにより連続的な航法が可能になり、長時間使えない事態を回避できる。 …

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