El sistema de navegación GPS desarrollado y operado por el Gobierno de los Estados Unidos y que está disponible para uso civil desde la década de los 80, necesita una línea de visión con 4 de los 31 satélites que rodean la Tierra. Hoy son muchas las empresas que dependen del GPS para sus operaciones y son uno de los principales retos con los que se encuentran los desarrolladores de vehículos autónomos, para los que la precisión en el posicionamiento es determinante en términos de seguridad.
La importancia del geoposicionamiento en la vida diaria
Al igual que con muchas tecnologías nuevas, los científicos e ingenieros que desarrollaron el sistema nunca podrían haber imaginado lo que se usaría 30 años después.
Se utiliza para navegar por vehículos, para mapear bosques y tierras agrícolas, para localizar a las personas que necesitan ayuda, para rastrear los movimientos de la vida silvestre, los paquetes, los contenedores y los vehículos, y muchas otras aplicaciones.
Los servicios basados en la ubicación se han convertido en parte de la vida cotidiana. Utilizamos nuestros teléfonos inteligentes para determinar dónde estamos y cómo llegar a nuestro destino objetivo, para medir la velocidad y la distancia cuando vamos a correr, para comprobar el paradero de nuestras mascotas o para capturar criaturas en Pokémon Go.
Pero el GPS aún no es perfecto. Es vulnerable a los ciberataques y no funciona perfectamente en las zonas urbanas. Además, su precisión puede ser influenciada por el gobierno de los Estados Unidos, que es una de las razones por las que la Unión Europea está implementando el sistema de navegación global Galileo no militar. La precisión de este sistema será de aproximadamente 1 metro, pero la tecnología cuántica puede mejorar esto aún más.
GPS más preciso
El GPS depende de los relojes atómicos. Al medir el tiempo que se tarda en recibir una marca de tiempo de un satélite específico, y haciendo esto para cuatro satélites GPS diferentes, un receptor GPS puede determinar dónde se encuentra en la Tierra. El gobierno de EE. UU. se compromete a transmitir la señal GPS en el espacio con un error de rango de usuario promedio global (URE) de menos de 7,8 metros con una probabilidad del 95 %. Aunque el rendimiento real del sistema GPS es mejor, la mayoría de las ubicaciones definidas por GPS todavía están a unos pocos metros. Esto se debe en parte a pequeñas variaciones que se producen en los relojes atómicos a bordo de los satélites GPS. Una señal que viaja a la velocidad de la luz tarda unos 70 milisegundos en llegar a usted, por lo que puede imaginar que la más mínima desviación entre los relojes puede resultar en una medición de ubicación que está desactivada por metros. Si los relojes a bordo de los satélites no se sincronizaran regularmente, el rendimiento del GPS se deterioraría rápidamente y sería inútil en cuestión de semanas.
En el futuro será posible utilizar la tecnología de comunicación cuántica para sincronizar con mayor precisión, transfiriendo la información de tiempo directamente entre las memorias cuánticas de los satélites GPS. ¿El resultado? Identificar su ubicación con una precisión mucho mayor, teóricamente hasta 15 centímetros.
GPS más seguro
El GPS es tan omnipresente que el fallo del sistema tendrá un gran impacto. Desafortunadamente, ha habido eventos de hackeos en el pasado. Además del impacto económico, estos también crean situaciones potencialmente peligrosas, por ejemplo, a través del mal funcionamiento del control del tráfico aéreo. Con la suplantación, el receptor obtiene datos falsos, lo que resulta en una ubicación falsa y/o una hora falsa. En cuanto al tráfico marítimo de buques, ha habido eventos recientes en los que las señales de GPS dijeron a los barcos que estaban en tierra, mientras que en realidad estaban en el mar.
Mediante el uso de comunicación cuántica, podemos estar seguros de que el compás es auténtico, mejorando la seguridad para todos.
Una alternativa cuántica al GPS
El GPS no funciona si estás en interiores o si no tienes satélites a la vista: entre edificios altos, tendrás dificultades para obtener una señal GPS fiable. La tecnología cuántica puede resolver todo esto.
Un tipo especial de sensores cuánticos (acelerómetros cuánticos y giroscopios cuánticos) se pueden combinar en sistemas de navegación cuántica autónoma. Dicho sistema puede permitir el seguimiento de la ubicación sin la ayuda de satélites GPS. Los sistemas de navegación inercial autónomos clásicos ya se utilizan en barcos, aviones, misiles de crucero e incluso en teléfonos inteligentes. Detectan la aceleración, el movimiento y la orientación, pero son demasiado inexactos para ser una única fuente de datos para la navegación. Los sistemas de navegación autónoma cuántica, por otro lado, son extremadamente precisos.
Usando un punto de partida como referencia fija, los datos de un sistema de navegación cuántica nos darán toda la información que necesitamos para determinar con precisión dónde estamos.
Los beneficios de los sistemas de navegación cuántica y posicionamiento sobre el GPS son una mayor precisión, la no depender de los satélites, el uso en interiores, menos vulnerabilidad a la piratería y la no sensibilidad a los ataques de pulso electromagnético (lo que sucedería, por ejemplo, después de un ataque atómico, lo más probable es que haga que los sistemas GPS dejen de funcionar).
Hoy en día, el equipo necesario para los sistemas de navegación inercial cuántica es grande, complejo y costoso, pero esto mejorará con el tiempo. En primer lugar, esperamos la disponibilidad comercial de equipos de navegación cuántica mejorados, que combinen GPS y sensores cuánticos, para navegar por vehículos grandes como buques de carga y trenes. A medida que la tecnología se desarrolle aún más, los dispositivos se harán más pequeños y eventualmente se adaptarán a vehículos más pequeños y otras aplicaciones.
Tal vez algún día incluso tengamos un sistema de posicionamiento autónomo cuántico en nuestros teléfonos inteligentes.
El proyecto SuperGPS
En este proyecto, el objetivo es desarrollar un sistema híbrido óptico-inalámbrico para un posicionamiento, navegación y sincronización de red precisos para muchas aplicaciones. La red óptica sincronizada sirve como columna vertebral para un sistema de posicionamiento terrestre mejorado inalámbrico. El enlace inalámbrico utilizará señales de radio de banda ancha, en lugar de las señales GNSS de banda relativamente estrecha actuales.
Una de las aplicaciones radica en las autopistas inteligentes y la conducción automatizada, y el objetivo final de este proyecto es una demostración piloto de la tecnología SuperGPS en carretera.
El SuperGPS debería permitir la transferencia simultánea de datos, tiempo y frecuencia (con una precisión de 10 picosegundos y una estabilidad relativa de 10-18, respectivamente) a través de redes de fibra óptica y el posicionamiento (con una precisión de 1 decímetro o mejor), en particular en aquellas circunstancias en las que la navegación por satélite no está disponible, o solo con un rendimiento muy reducido.
El proyecto de cuatro años arrancó en 2016 y lo lleva a cabo la Universidad Tecnológica de Delft, en concreto la Facultad de Ingeniería Eléctrica, Matemáticas e Informática, y la Facultad de Ingeniería Civil y Geociencias, junto con el Departamento de Física de la VU. Universidad de Ámsterdam (Instituto LaserLab).
Este proyecto de investigación está financiado por la Organización Holandesa para la Investigación Científica (NWO)
Fuente: Universidad Técnica de Delft:
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