准备起飞：IDTechEx讨论不可干扰卫星导航和量子传感器革命

英国坎布里奇，2024年5月15日/PRNewswire/-现代世界在很大程度上依赖GPS卫星导航，但通常情况下，对它们的访问会丢失甚至堵塞。这给多个行业的安全带来了重大风险，尤其是航空航天，还有汽车和消费电子。继BAE、QinetiQ和Infleption于2024年5月成功进行量子导航技术的全球首次飞行演示之后，本文概述了量子传感器的力量。

对更可靠的精确导航和定时技术解决方案的追求现在正引起人们对量子传感器和原子钟技术的极大兴趣。这只是IDTechEx量子传感器市场报告中涵盖的这项革命性技术的众多应用之一，预计该行业将在十年内成为一个价值数十亿美元的行业。

与现有传感器相比，量子传感器提供了更高的精度

量子传感器利用量子现象实现对许多物理特性的高灵敏度测量。它们可以测量时间（原子钟）、磁场和电流、重力、角运动、单光子等等。量子传感器市场中新兴的量子技术也受益于围绕量子计算和量子通信技术的日益炒作（特别是考虑到它们在网络安全方面的应用）。

迄今为止，准确确定自己的位置和当地时间的最常见方法是通过全球导航卫星系统（GNSS）的数据，例如美国军方的全球定位系统（GPS）。然而，在某些环境中，获取全球导航卫星系统数据受到限制。这可能是高山地形阻挡信号或第三方欺骗的结果。精密导航系统在拒绝使用全球导航卫星系统的环境中保持可靠性的压力越来越大。

在失去三角测量功能时继续导航取决于对行进距离、方向、速度和时间的准确测量。现有的运动传感器、陀螺仪和本地振荡器（时钟）没有足够的精度进行精确导航。量子传感器和原子钟的前景是，它们从根本上比传统方法准确得多，因此可以在不依赖全球导航卫星系统的情况下提供对精确惯性导航系统的本地访问。

原子钟和冷原子

例如，所有的时钟都使用某种形式的谐振器或振荡器来测量时间。数百年来，时钟技术的准确性不断提高，从测量小时数发展到分钟、秒、毫秒等。这种灵敏度的提高取决于能否使用更高频率的振荡器；我们已经从使用太阳升起的周期、钟摆和石英，到现在的原子跃迁。现在有一系列原子钟使用商用原子能级之间的高频振荡，还有其他正在开发中的原子钟，旨在提供更高精度的时间测量，这些原子钟来自Microsemi、Teledyne、Infleption等公司。类似地，量子陀螺仪可以利用量子特性（如自旋）的灵敏度来高精度地确定旋转。其他人甚至正在研究量子重力仪和量子磁场传感器在测绘和导航应用中的潜力。

有多种硬件方法可以制造用于各种传感应用的量子技术。在IDTechEx的量子传感器市场报告中，涵盖了光子学、超导、碱蒸汽、金刚石等。Infleption在最近与BAE的飞行演示中支持的方法是“超冷原子”。激光可以用来捕获原子，这使得原子的能级非常低，从而具有冷却效果。在这种状态下，原子的量子性质可以被操纵以进行精确的测量。凭借专业的磁光阱、超高真空电池、离子泵、铷原子源和光学器件，Infleption能够将位置测量与环境完全解耦，并有助于消除对GPS在平面内导航的依赖。

市场前景

到目前为止，许多量子传感技术仍然太大或太贵，无法满足大众市场的导航需求。例如，一些冷原子技术仍然需要“可机架安装”的形状因子（对于量子技术来说仍然令人印象深刻，但与经典技术相比竞争力较弱）。然而，除了显示出为航空航天部门做好准备的进展外，量子技术还可能进一步小型化。从长远来看，包括精密导航在内的许多应用都以芯片规模的制造为目标。这可能与未来10年自动驾驶汽车的采用相吻合，这将是此类产品的一个关键的大批量使用案例。在这里，几厘米的导航精度是至关重要的，但尺寸、重量、功率和成本也是一个高度优先事项。此外，在密集的城市环境中，由于GPS信号的丢失，许多智能手机和可穿戴设备用户通常难以使用应用程序（如谷歌地图）进行导航，许多用户很可能在未来看重更高精度的解决方案。

总的来说，尽管量子传感器在今天看起来有些小众，但其大众市场潜力不容忽视。随着航空航天领域的早期采用者开始证明量子技术的价值，未来其他市场——尤其是汽车市场——可能也会效仿。随着量子传感创新的继续，也许在未来，我们可能会发现自己的车和口袋里也有“不可干扰的卫星导航”。

虽然本文强调了精确导航是量子传感革命的一个例子，但量子传感技术在电动汽车的远程电流传感、医疗诊断、地下测绘等方面有着更广泛的应用。有关本文中提到的量子传感器技术商业前景的更多信息，包括二十年市场预测，请参阅IDTechEx的最新报告“量子传感器市场2024-2044”。

在IDTechEx关于量子计算机、可穿戴技术和自动驾驶汽车的报告中查找相关主题的报道。示例页可用于所有IDTechEx报告。有关量子相关技术的更多信息，请访问www.IDTechEx.com/Research/Quatum。

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