Como a Tecnologia Quântica pode Melhorar a Segurança da Navegação dos Pilotos
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Nos últimos 20 anos, a tecnologia GPS tornou-se profundamente incorporada à vida cotidiana, alimentando tudo, desde smartphones e aviões até mercados de ações, serviços de emergência e redes elétricas.
O sistema que sustenta grande parte da infraestrutura atual é mais frágil do que muitos imaginam — e conflitos globais têm oferecido a agentes mal-intencionados oportunidades para explorá-lo.
O bloqueio e o spoofing de GPS — em que os sinais são bloqueados ou imitados para enganar os receptores — tornaram-se cada vez mais comuns. Somente em 2024, o spoofing de GPS interrompeu mais de 1.000 voos comerciais diariamente, principalmente em regiões como o Oriente Médio e o Leste Europeu.
Esses ataques podem fazer com que os instrumentos de voo indiquem falsamente que uma aeronave está na altitude errada ou longe de sua posição real. No mar, sinais falsificados desviaram navios de seu curso ou até mesmo os fizeram encalhar. Tais eventos não são avarias aleatórias, mas táticas deliberadas de guerra eletrônica.
Navegação Quântica Surge como uma Solução Independente de GPS
De forma promissora, as tecnologias quânticas podem ajudar a combater essas ameaças. Protótipos de sistemas baseados em sensores que operam independentemente de sinais de satélite já estão em testes.
Entre aqueles que promovem essas aplicações estão parceiros corporativos da Chicago Quantum Exchange — incluindo Boeing, Infleqtion e SandboxAQ. Sediada na Universidade de Chicago, a CQE conecta as principais universidades, laboratórios nacionais e líderes da indústria para expandir os limites da inovação quântica.
“Governos e setores comerciais precisam urgentemente dessa tecnologia”, disse Ken Devine, gerente sênior de produtos para navegação quântica na SandboxAQ. “Com o aumento das tensões geopolíticas e o aumento de interferências e falsificações de GPS — em regiões como Rússia, Ucrânia, Oriente Médio, Israel e Irã — as interrupções são generalizadas e dificilmente diminuirão. A demanda é tão crítica que as pessoas estão dizendo: ‘Precisávamos disso ontem’.”
Em maio de 2023, a SandboxAQ participou de testes de voo da Força Aérea dos EUA. Em 2024, a Boeing realizou o primeiro voo mundial com múltiplos sistemas de navegação quântica, navegando quatro horas sem GPS.
O teste da Boeing combinou o AQNav da SandboxAQ e o sistema inercial da AOSense.
“A navegação quântica oferece mais do que melhorias aos sistemas inerciais atuais”, disse Caitlin Carnahan, VP de software quântico da Infleqtion. outra empresa que atua na área. “Ela oferece uma abordagem completamente nova à navegação — que pode reduzir a dependência do GPS e superar desafios como spoofing e interferência.”
New Instruments
Existem inúmeros métodos para determinar a posição passada e futura de uma pessoa.
Por milhares de anos, as pessoas navegaram por pontos de referência fixos, como estrelas ou montanhas. Os satélites GPS operam com um princípio semelhante — embora em constante movimento, suas órbitas são tão bem compreendidas e previsíveis que seu movimento não impede a navegação precisa.
A navegação também pode ser realizada sem pontos fixos, usando um mapa detalhado do ambiente. Nessa abordagem, um navegador rastreia cada mudança de curso — quando, onde e em quanto — em relação a um ponto de partida para calcular sua posição atual. Outra opção é identificar padrões nas mudanças de elevação ao longo da rota.
Esses últimos métodos — navegação inercial e correspondência de mapas — são os fundamentos da tecnologia de navegação quântica.
O sistema da AOSense se baseia na navegação inercial, enquanto o SandboxAQ utiliza correspondência de mapas com base no campo magnético da crosta terrestre em vez da topografia. A Infleqtion está explorando ambas as estratégias.
Durante o voo de teste da Boeing, os sistemas de navegação quântica da AOSense e da SandboxAQ foram usados em conjunto, apesar de suas diferenças. De acordo com Jay Lowell, principal pesquisador técnico sênior da Boeing, o objetivo era determinar “se e como” essas tecnologias poderiam se complementar.
“Isso poderia significar equilibrar o desempenho entre os sensores — permitindo que um assuma a liderança quando o outro falha“, explicou Lowell. “A questão-chave é se os dados combinados superam o que cada um pode fornecer isoladamente.“
Detectando Variações Minuciosas
A navegação inercial usa acelerômetros para medir a aceleração e giroscópios para medir a rotação, rastreando o movimento a partir de um ponto inicial conhecido, registrando mudanças de velocidade e direção.
Enquanto acelerômetros comuns são simples, sensores inerciais quânticos detectam movimentos na escala de femtômetros, oferecendo precisão extrema. Por operarem sem mapas ou pontos de referência fixos, os sensores inerciais são particularmente valiosos para aplicações espaciais.
A Infleqtion realizou recentemente testes de voo comercial de navegação inercial quântica no Reino Unido e planeja testes semelhantes nos EUA. O escritório da empresa em Chicago também está desenvolvendo o SAPIENT, uma ferramenta com tecnologia de IA que conquistou o primeiro lugar na competição xTechScalable do Exército dos EUA.
“[O SAPIENT] foca na integração de software, combinando saídas de vários tipos de sensores com IA para criar um sinal de navegação mais forte e confiável”, explicou Pranav Gokhale, gerente geral de computação da Infleqtion. “Há uma grande lacuna entre uma unidade básica de medição inercial e um sistema de navegação inercial completo, e estamos usando IA para preencher essa lacuna.”
MagNav usa a impressão digital magnética da Terra para navegação
A navegação magnética, ou MagNav, adota uma abordagem diferente, semelhante ao radar de acompanhamento de terreno. Em vez de rastrear a elevação, a aeronave detecta variações magnéticas sutis na crosta terrestre — causadas por geologia, depósitos minerais ou até mesmo estruturas artificiais — e as compara a um mapa detalhado do campo magnético para determinar a localização.
Pesquisadores acreditam que as aves podem navegar, em parte, detectando o campo magnético da Terra de forma semelhante aos sistemas de navegação magnética. O mapeamento do campo magnético é frequentemente realizado para exploração de minerais, petróleo e gás, visto que pequenas anomalias podem sinalizar recursos subterrâneos — mas, em algumas regiões, mapas de alta resolução são difíceis de obter.
“A qualidade do mapa na região de destino definitivamente influencia o funcionamento da navegação magnética”, observou Devine.
Ele também destacou outros fatores importantes para o desempenho do MagNav, incluindo o tipo de aeronave, bem como sua altitude e velocidade. Devine enfatizou que o papel desses sistemas provavelmente se expandirá à medida que as táticas de guerra eletrônica se tornarem mais prevalentes.
“Provamos que essa tecnologia pode fornecer navegação em tempo real”, disse ele. “Isso é muito importante — especialmente porque a demanda por ela só tende a aumentar.”
Leia o artigo original: Tech Xplore
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