GPSは20年間運用されてきましたが、すでに疲労の兆候を見せています。高層ビル、トンネル、あるいは数キロメートルの海底があれば、信号は途絶えてしまいます。誰かが故意に妨害すれば、なおさらです。 フラウンホーファー研究所 優れた代替手段を考案した。合成ダイヤモンドの欠陥を超高精度の量子センサーに変えるのだ。彼らの磁力計は、地球の磁場の変化を目に見えない地図のように読み取る。そして実際に、地下1300メートルでさえ、あらゆる場所で機能する。
すべてを測る不完全なダイヤモンド
この技術は、物理学者が窒素空孔（NV）中心と呼ぶものに基づいています。ダイヤモンドの結晶格子中の炭素原子が窒素原子に置き換わると、並外れた量子特性を持つ「欠陥」が生成されます。 マイケル・ストーベフラウンホーファーの量子デバイス部門責任者は次のように説明する。
「これらのNVセンターは、地球の磁場のベクトル成分を正確に測定できる、現存する最小の走査型磁石として機能します。」
研究者たちは、わずか30年で磁力計のサイズを5分のXNUMXに縮小することに成功しました。現在、このセンサーは産業界で使用されている従来の光学式磁力計と同等のサイズでありながら、ピコテスラ単位の感度を維持しています。来年の目標は、サイズをさらにXNUMX分のXNUMXに縮小し、サブピコテスラの感度を達成することです。その時点で、「旧来の」GPSは終焉を迎えるでしょう。
ダイヤモンド磁力計による磁気航法の仕組み
ご存知のとおり、地球の磁場は均一ではありません。地域によって磁場に特徴的な変動があり、非常に正確に地図上に描くことができます。こうした磁気の「指紋」が航海の目印となるのです。 水中テストで証明された 南シナ海の水深1300メートルで実施された量子磁力計は、従来のシステムと比較して5度以内のナビゲーション精度を維持します。
この技術はGPSに比べて決定的な利点を備えています。地下、水中、建物内など、衛星信号が届かないあらゆる環境で動作します。完全にパッシブであるため、妨害やハッキングを受けることはありません。 マイケル・クンツァーフラウンホーファーのプロジェクトマネージャーである氏は、アプリケーション指向のアプローチを強調しています。
「当社では、厳しい動作条件下でも安定した測定が可能なオプションの水冷式センサーを開発することで、システムの個々の要件に応えています。」
研究室から現実世界へ
研究から実用化への道筋は急速に加速しています。合成ダイヤモンドは研究所の特殊な反応炉で生成され、炭素原子が窒素原子に正確に置換されます。現在、超高純度ダイヤモンド「ウエハー」が製造されており、計画的な改良により、来年には工業規模の生産が開始される可能性があります。
軍の関心は明らかである。 フリークエンシーエレクトロニクスは契約を獲得した レイドス社は、「GPSが使えない」環境でのナビゲーション用NV磁力計の開発を進めています。しかし、個人的には民生用途の方が有望です。
掘削なしの地質調査
量子磁力計は地質探査の新たな可能性を切り開きます。 地下の鉱床の正確かつ非接触の位置特定、 貴重なリソースへのアクセスを提供します。また、 不発弾を検出する 広範囲に及ぶため、被災地の人々へのリスクが大幅に軽減されます。
収集されたデータは磁気地図に変換され、不審物体の位置を示すとともに、深度、形状、大きさに関する情報も提供されます。この方法により、対象エリアを完全かつ非侵襲的に探査することができ、深く埋もれた物体の位置も特定できます。
ダイヤモンド磁力計、私たちを故郷へ連れて帰る未来
この記事でお伝えしたように量子技術はますます具体的な応用例を示しつつあります。ダイヤモンド磁力計は、衛星からの独立に向けた重要な一歩であり、あらゆる環境条件下で信頼性の高いナビゲーションを実現します。
次回 GPS 信号を失ったときは、不完全なダイヤモンドについて考えてみてください。そのダイヤモンドがあなたをすぐに家に導いてくれるかもしれません。
