GPS 없는 항법의 길을 열어줄 퀀텀 센서 - 2021.11.02

 

(모호한 양자 현상 그림)

미 국방성의 가장 높은 연구 우선순위 중 하나는 아마도 GPS에 대안을 개발하는 것이다.

 

Sandia National Laboratory의 과학자 팀은 이전 프로토타입의 전력이나 막대한 기계적인 지원이 필요 없고 랩에서 1년 반 동안 실행되어 내구성 문제를 극복한 양자 센서(Quantum Sensor)를 개발했다고 한다.

이는 신호가 약하거나 위조될 수 있는 위성 신호가 필요 없는 드론을 포함하여 공중이나 바다속 또는 지하에서 탐색 등다양한 분야의 민수 및 군수에 응용될 수 있다.

 

양자 항법은 원자 간섭계로 불리는 처리를 통해 동작한다.

만약 원자를 절대온도 0도보다 백만분의 일도로 냉각시킨 후 빛으로 원자를 쏘면 원자를 양자 중첩(Quantum Superposition)으로 만들 수 있다.

각 원자는 움직이는 상태와 정지 상태의 두 가지 상태를 동시에 가지고 있다.

각 상태는 중력과 가속도를 포함한 힘에 대해 서로 다르게 반응한다.

이는 거리와 같은 측정에 있어서 GPS 보다 훨씬 정확하게 측정할 수 있게 한다.

 

그러나 양자 중첩을 측정하기위해서는 다른 입자에 의한 간섭이 없는 환경이 필요하다.

오늘날 대부분의 원자 자이로스코프와 가속계는 MOT(Magneto-Optical Trap)로부터 분자를 빨아들이기 위해 커다란 진공 장치가 필요하다.

Sandia 팀은 알루미나(alumina), 알루미노실리케이트(aluminosilicate), 그리고 다른 화학물질을 사용하여 불량 분자를 수동적으로 흡수하고 제거하는 방법을 알아냈다.

이를 통해 장치의 크기와 전력을 상당히 크게 줄일 수 있었다.

7월의 논문에서는 수동적인 펌핑을 이용하여 200일이 넘게 MOT를 위한 충분한 압력을 유지하는 진공 챔버를 소개하였다.

 

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2020년 4월에 봉인된 챔버는 현재까지 1년 반이 넘는 기간 동안 큰 성능상의 저하가 없었다고 한다. 

 

Sandia National Lab의 과학자인 Peter Schwindt는 다음과 같이 말했다.

“관성 센서는 위치와 항법 정보를 필요로 하는 곳이나 GPS의 중단이 허용되지 않는 곳 또는 GPS가 불가한 곳 어디든지 활용할 수 있다.

민수의 항법과 자율 자동차와 같은 분야에서는 GPS 신호의 순간적인 끊김도 허용되지 않는다.

또한 GPS는 지하나 바다속에서 사용이 불가하며 그렇기 때문에 이러한 운용 환경에서는 관성 항법이 매우 중요하다.

가속도계는 중력계로도 사용될 수 있으며 중력 및 중력 기울기 측정은 기름이나 가스, 광물 탐사에 매우 중요하다.

“수동적인 진공 패키지는 또한 양자 컴퓨터 장치에도 활용될 수 있다.”

 

 

 

출처 : Defense One