Công nghệ lượng tử chống nhiễu

Tận dụng hệ thống cảm biến lượng tử mạnh mẽ, thuật toán trí tuệ nhân tạo (AI) độc quyền và từ trường vỏ Trái đất, AQNav cung cấp giải pháp APNT công nghệ thụ động, không thể gây nhiễu trong mọi thời tiết, không phụ thuộc vào địa hình, nơi tín hiệu GPS không khả dụng.

Đưa công nghệ đột phá lên bầu trời

SandboxAQ cung cấp hệ thống dẫn đường từ tính sử dụng kép đầu tiên, cung cấp thông tin vị trí trực tiếp trong các chuyến bay hoạt động không kiểm soát với khả năng lăn lên lăn xuống độc đáo, cung cấp dữ liệu vị trí theo thời gian thực trực tiếp đến iPad trên máy bay của Không quân Mỹ (USAF). Năm 2023, USAF đã trao cho SandboxAQ hợp đồng Nghiên cứu đổi mới doanh nghiệp nhỏ giai đoạn II để khám phá hệ thống dẫn đường dị thường từ tính.

Cho đến nay, AQNav đã ghi lại hơn 200 giờ bay và hơn 40 phi vụ trên 4 loại máy bay khác nhau, có kích thước từ máy bay tư nhân một động cơ đến máy bay vận tải quân sự lớn.

Nếu hệ thống dẫn đường được hỗ trợ bởi AI trở nên phổ biến, liệu chúng ta có thể loại bỏ GPS vĩnh viễn không?

Ngoài USAF, AQNav còn thu hút sự quan tâm của một số nhà sản xuất máy bay, bao gồm Boeing và Acubed - trung tâm nghiên cứu và đổi mới tại Thung lũng Silicon của Airbus - và các chính phủ đồng minh khác hiện đang trong những giai đoạn thử nghiệm công nghệ khác nhau. Thiết bị AQNav sử dụng cảm biến lượng tử có thể đo mọi thay đổi trong nguyên tử, để phát hiện những thay đổi nhỏ trong môi trường. Sau đó, AI tiên tiến trong hệ thống sẽ diễn giải mọi phép đo. Thiết bị có thể phát hiện các từ trường độc đáo về mặt địa lý và khớp chúng với một điểm cụ thể trên bản đồ, xác định chính xác vị trí của máy bay khi nó di chuyển theo thời gian thực. Và theo SandboxAQ, AQNav hầu như không bị nhiễu và chống chịu được thời tiết.

Bộ tư lệnh cơ động USAF, đơn vị vận hành máy bay vận tải và máy bay tiếp dầu, đã triển khai AQNav trên máy bay chở hàng C-17A hai lần vào năm 2023. Cuộc tập trận đã thử nghiệm thành công khả năng điều hướng của máy bay phản lực mà không cần GPS, sử dụng dữ liệu từ trường thời gian thực. Tổng cộng, hệ thống đã trải qua hơn 200 giờ bay thử nghiệm trên 4 loại máy bay khác nhau.

Luca Ferrara, Tổng giám đốc điều hướng của SandboxAQ cho biết, nhiễu tín hiệu và thời tiết khắc nghiệt không làm giảm độ chính xác của cảm biến: “Khi bạn đạt đến quy mô của tín hiệu phát ra từ lớp vỏ trái đất, bạn sẽ cần một tín hiệu gây nhiễu có cường độ tương đương với mọi cấu trúc địa chất khổng lồ đó để gây nhiễu. Vì vậy, nếu bạn ở trên trời và gặp phải từ trường mạnh như vậy, bạn sẽ nói về mức công suất của nhà máy điện hạt nhân khi gây nhiễu”. Ông cũng lưu ý rằng trong khi từ trường của Trái Đất không cố định, mô hình của nhóm đã điều chỉnh được mọi rung động và biến dạng của năng lượng mặt trời. Dựa trên kết quả thử nghiệm vào tháng 8/2024.

Sự can thiệp của GPS trên toàn cầu vào ngày 6/9/2024 được ghi lại bởi GPSJam.org. Lưu ý sự tập trung của hoạt động gây nhiễu/ giả mạo dữ dội gần các khu vực xung đột và không phận Nga.

USAF cấp cho SandboxAQ khoản tài trợ tăng thêm so với khoản tài trợ ban đầu. Để sẵn sàng cho sản xuất quy mô lớn, kiến trúc hệ thống cần phải thích ứng với nhiều loại tải trọng tùy chỉnh - thường là hệ thống cảm biến hoặc hệ thống liên lạc. Vì vậy, quá trình phát triển sẽ tận dụng AgilePod của Phòng thí nghiệm nghiên cứu USAF, một loạt các ngăn vuông giống như lego có thể lắp ráp theo nhiều cấu hình khác nhau để chứa nhiều hệ thống liên lạc cảm biến khác nhau. AQNav lắp bên ngoài trên loại máy bay phản lực lớn như máy bay ném bom B-52 và máy bay tương đối nhỏ như máy bay không người lái chiến đấu MQ-9. Nó có thể được gắn trên vỏ trong hộp vuông nhỏ hoặc lắp trên hai khe gắn trên giá đỡ. SandboxAQ cũng hy vọng triển khai AQNav trên loại máy bay chở khách dân dụng lớn trong tương lai và đang hợp tác với tiền đồn của Boeing và Airbus tại Thung lũng Silicon, Acubed để triển khai định vị từ tính.

AQNav hoạt động như thế nào?

AQNav sử dụng máy đo từ lượng tử cực kỳ nhạy để thu thập dữ liệu từ từ trường vỏ Trái Đất, nơi thể hiện các mô hình địa lý độc đáo và bất biến - tương tự như dấu vân tay của con người. Do độ nhạy cao của hệ thống cảm biến lượng tử, thuật toán AI được áp dụng để cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu, loại bỏ mọi nhiễu cơ học, điện hoặc các nhiễu khác có thể ảnh hưởng đến khả năng xác định vị trí của hệ thống. Tín hiệu toàn cầu không thể gây nhiễu/ không thể giả mạo: Vì từ trường vỏ Trái Đất hiện diện ở khắp mọi nơi và không thể gây nhiễu nên nó cung cấp quyền truy cập không bị cản trở và tín hiệu liên tục, đáng tin cậy từ mọi vị trí.

Hệ thống định vị điện từ lượng tử AQNav có hình dạng hộp trên sàn máy bay chở hàng C-17.

Mọi thời tiết: AQNav không bị ảnh hưởng bởi thời tiết hoặc điều kiện ánh sáng, khiến nó trở thành sự bổ sung hiệu quả cho các kỹ thuật dẫn đường khác.

Không phụ thuộc vào địa hình: AQNav không yêu cầu các đặc điểm trực quan trên mặt đất, khiến nó trở thành một công cụ hữu ích để điều hướng trên không, trên vùng nước rộng, trên địa hình xa xôi, thậm chí dưới nước hoặc dưới lòng đất.

Công nghệ thụ động: AQNav thụ động nhận dữ liệu địa từ và không phát ra hoặc phản xạ bất kỳ tín hiệu nào, giúp giảm khả năng bị phát hiện của máy bay.

Công nghệ đa năng, dễ thích ứng: AQNav hoạt động ở nhiệt độ phòng, không cần che chắn và có kiến trúc mô-đun có thể tích hợp vào nhiều loại nền tảng khác nhau, từ máy bay một động cơ đến máy bay chở khách nhiều động cơ.

Tích hợp liền mạch: AQNav có thể giao tiếp với các hệ thống dẫn đường hiện có, bao gồm công nghệ quán tính, thị giác, vệ tinh và các công nghệ mới nổi khác, tạo ra phương pháp tiếp cận “hệ thống của các hệ thống” đảm bảo dẫn đường an toàn và chính xác.

Đại úy Tyler Ludwig và phi công phụ, Trung úy Jonathan Ketron, lái máy bay chở hàng C-17 trên bầu trời Bắc Carolina trong quá trình thử nghiệm hệ thống dẫn đường từ tính AQNav, ngày 22/2/2024

AQNav sử dụng máy đo từ quang học sử dụng ánh sáng laser để phân cực các nguyên tử. Điều này khiến trạng thái năng lượng của chúng thay đổi để phản ứng với từ trường xung quanh. Những thay đổi đó được đo lường và chuyển đổi thành dữ liệu khớp với một vị trí cụ thể đã biết trên Trái đất. Một cảm biến có độ nhạy cao là không đủ. Hệ thống cũng lọc nhiễu và điều chỉnh mọi bất thường - bao gồm cả những bất thường do thay đổi nhiệt độ và dòng điện gây ra. Cuối cùng, AI là thứ khiến hệ thống đủ thông minh để trở nên chính xác.

AI phân tích tín hiệu từ bất kỳ sự can thiệp nào, Jen Sovada, một đại tá Không quân đã nghỉ hưu hiện đang là Chủ tịch Khu vực công toàn cầu của SandboxAQ giải thích: “Chúng tôi đã mô tả và hiện hiểu được tín hiệu trông như thế nào, và chúng tôi có thể loại bỏ tiếng ồn, bao gồm cả những gì thân máy bay gây ra hoặc, chẳng hạn, một chiếc điện thoại di động trong túi của bạn. Vì vậy, ngay cả khi chúng tôi đặt một nam châm vào cảm biến, nó vẫn biết được thứ gì được cho là có ở đó”.

Rõ ràng là hệ thống định vị của con người cần AI. Tuy nhiên, cách cá voi định vị qua hàng ngàn km với độ chính xác gần như hoàn hảo vẫn khiến các nhà khoa học bối rối. Nếu từ trường là hướng dẫn duy nhất của chúng, thì sự dao động của từ trường sẽ khiến cá voi lệch hướng, gây ra sự dịch chuyển lên đến 12 độ ở “hướng bắc thực”. Bằng cách nào đó, cá voi điều chỉnh sự cố này, có lẽ bằng cách bù trừ về mặt tinh thần cho các lỗi hoặc sử dụng các giác quan khác của chúng - chẳng hạn như quan sát vị trí của mặt trời. AI có thể hỗ trợ ở mức độ nhận dạng mẫu mà con người không thể làm được - Ferrara giải thích. Thiết kế AQNav kết hợp kiến thức vật lý vào AI, giúp hệ thống cảm biến cung cấp dữ liệu lập bản đồ từ tính chi tiết, bao gồm cả những hiện tượng bất ngờ. AQNav thu thập dữ liệu mới với mỗi lần thử nghiệm bay để tạo ra bản đồ từ tính cực kỳ chi tiết.

Luca Ferrara, Tổng giám đốc điều hướng của SandboxAQ.

Các trường hợp sử dụng AQNav trong tương lai

Hiện tại, AQNav dành cho loại máy bay lớn, vốn đầu tư lớn - từ máy bay không người lái quân sự đắt tiền đến máy bay chở khách dân dụng. Công ty lạc quan rằng khi chi phí của hệ thống cảm biến lượng tử giảm khi chúng được áp dụng ở quy mô lớn, AQNav cũng có thể được sử dụng cho các máy bay nhỏ hơn, rẻ hơn. Ngoài việc cải thiện hàng không dân dụng, thương mại và quân sự, AQNav cũng có thể được sử dụng để cải thiện điều hướng trên biển và trên bộ, và điều khiển phương tiện tự hành. Nó có thể hoạt động dưới nước, nơi tín hiệu GPS không thể tiếp cận.

Trang Thuần (Tổng hợp)