No final de março, a empresa de Quebec SBQuantum lançou com sucesso seu sensor quantum no espaço, como parte da competição MagQuest do governo americano. Este programa, iniciado pelo Geoespacial Nacional-Inteligência Agência (NGA), uma agência de inteligência do Departamento de Defesa dos Estados Unidos, visa desenvolver formas mais precisas e eficientes de mapear o campo eletromagnético da Terra, também conhecido como Modelo Magnético Global (ou VMM para Modelo Magnético Mundial).
Esta competição multimilionária visa colocar em serviço uma nova versão do WMM até 2030.
Uma atualização necessária do Modelo Magnético Global
Para compreender a importância do envolvimento da NGA, é importante compreender que o Modelo Magnético Global é fundamental para muitos sistemas de navegação, incluindo smartphones, aviação comercial e operações militares. No entanto, o campo magnético da Terra está em movimento e este fenómeno está a acelerar, causando repercussões significativas na navegação terrestre, aérea e marítima.
A urgência de atualizar o WMM é ainda mais premente devido ao envelhecimento dos satélites atuais, o que nos leva a encontrar formas alternativas de gerar dados magnéticos de qualidade em órbita.
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Campo magnético da Terra: o enorme potencial dos sensores quânticos para medi-lo
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Este sensor de diamante quântico permitirá o monitoramento contínuo e em tempo real do campo magnético da terra com precisão sem precedentes. Os desempenhos esperados incluem sensibilidade inferior a 100 picoteslas, largura de banda de 400 Hz e uma precisão de 200 picoteslas.
Ao combinar a maior precisão do sensor com algoritmos de eliminação de ruído magnético para um satélite compacto, a nova solução permitirá que os sistemas de satélite sejam atualizados com mais frequência e gerem dados em diferentes órbitas.
Um primeiro passo para abandonar o GPS
Este sensor não se limita a monitorizar a evolução do campo magnético terrestre, tem potencial para revolucionar esta monitorização e abrir caminho a aplicações inovadoras para o nosso Planeta, na exploração espacial e nos domínios da segurança e defesa. Poderia constituir um primeiro passo para uma nova forma de “navegação magnética”, que, ao contrário GPSnão pode ser bloqueado ou interrompido por agentes mal-intencionados.
Ao oferecer precisão e fiabilidade absolutas, mesmo em áreas contestadas, esta inovação poderá transformar as práticas de navegação terrestre, aérea e marítima.
Poderia constituir um primeiro passo para uma nova forma de “navegação magnética”
Você também deve saber que o Canadá designou os sensores quânticos como uma das dez “principais capacidades soberanas” na nova estratégia industrial de defesa do governo canadense. Além disso, oAgência Espacial Europeia (ESA) também reconheceu o potencial desta tecnologia, que utiliza princípios de física quântica.
No início do ano, no âmbito da suaObservação da Terra, FuturoEOa ESA firmou uma parceria estratégica com a SBQuantum para projetar uma nova versão do protótipo do sensor magnetômetro quantum mais eficiente.
Campo magnético da Terra medido em junho de 2014 pela constelação Swarm da ESA. © ESA, Espaço DTU
David Roy-Guay, fundador do SBQuantum, responde às nossas perguntas.
Futura: Quais especificidades técnicas distinguem o seu magnetômetro quântico de diamante de outros dispositivos existentes de monitoramento de campo magnético?
David Roy-Guay : Nosso magnetômetro explora os centros NV (azoto-gap) em diamante, o que lhe confere diversas vantagens únicas em relação às tecnologias convencionais (fluxgate, steamátomo, LULAetc.).
Primeiro, ele opera em temperatura ambiente, proporcionando alta sensibilidade, eliminando a necessidade de criogenia. Então, permite a medição vetorial intrínseca (direcional) do campo magnético, com excelente estabilidade a longo prazo e desvio muito baixo. Outro diferencial importante é a sua robustez: o diamante é um material extremamente resistente à radiação, vibrações e condições ambientais adversas, tornando-o particularmente adequado para aplicações espaciais e de defesa. Finalmente, nossa abordagem permite a miniaturização enquanto mantém o alto desempenho, abrindo a porta para sensores embarcados implantáveis compactos e em grande escala.
Futura: Quais resultados preliminares você observou ao testar seu sensor no espaço durante o desafio MagQuest ?
David Roy-Guay : Durante os testes realizados no âmbito do desafio MagQuestconseguimos demonstrar a capacidade do nosso sensor de operar em condições espaciais reais, particularmente em matéria de estabilidade térmicade resistência às vibrações e compatibilidade com restrições de plataforma. Estes testes permitiram também validar alguns blocos tecnológicos críticos em particular a electrónica de controlo e as sequências de manipulação quântica num envelope de energia eléctrica e volume restrito.
De acordo com as métricas de desempenho desejadas de sensibilidade de 1nT e precisão de leitura de campo vetorial de 5nT, demonstramos essas capacidades mesmo no ambiente barulhento do cubosat. Na verdade, implementamos uma abordagem multisensor combinada comIA a fim de reduzir o ruído da plataforma, reduzindo o ruído magnético do satélite por um fator de 100.
Futura: Você pode dar exemplos concretos de aplicações práticas da sua tecnologia?
David Roy-Guay : As aplicações são numerosas e abrangem diversos setores estratégicos:
- Defesa e navegação sem GPS: detecção deanomalias magnéticas criado por submarinos e navegação sem infraestrutura utilizando mapas magnéticos, especialmente em ambientes contestados onde o GPS está congestionado ou indisponível. Isso inclui veículos terrestres, aéreos, marítimos e subaquáticos.
- Segurança pública: detecção de objectos enterrados (armas, túneis, infra-estruturas clandestinas), vigilância de infra-estruturas críticas e controlos nas entradas de eventos, edifícios e ainda detecção através de paredes.
- Geofísica e exploração: mapeamento do subsolo para recursos naturais.
Futura: Seu magnetômetro consegue detectar túneis construídos sob cidades ou em outros lugares?
David Roy-Guay : Numa área onde há presença de ferro no solo, podem ser detectados túneis. Um desafio é o ruído ambiental devido vigas metal – num ambiente não urbano, conseguimos medir a presença de uma adega.
Futura: conseguiria localizar os 450 quilos de urânio enriquecido que o Irã teria enterrado?
David Roy-Guay : O concreto reforçado, bem como a presença de equipamentos metálicos no subsolo. eu’urânio não sendo magnético em si, a radiometria seria mais adequada.
Futura: Qual é o seu cronograma de entrada no mercado e estratégia de integração?
David Roy-Guay : Nosso sensor quântico está pronto para integração de sistema, embora a sensibilidade possa ser melhorada. Na verdade, o desempenho dos magnetômetros de alto desempenho é limitado pela plataforma ou pelo ruído ambiental. Assim, combinamos o magnetômetro baseado em diamante em redes de sensores para implantar inteligência magnética e interpretar os dados em um formato simples para o usuário.
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O que o exército está preparando secretamente com tecnologias quânticas
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SBQuantum desenvolveu uma arquitetura algorítmico inferir em tempo real a posição de um objeto, sua velocidade e seu peso, que só é possível no pós-processamento convencional. Nossas primeiras malas voltar que integram esta inovação estão em implantação em campo e serão vendidos no mercado em maior escala nos próximos 12 meses.
Simulação do campo magnético da Terra realizada pela missão Swarm da Agência Espacial Europeia (ESA). © Julien Aubert, IPGP, CNRS, CNRS
Futura: Que melhorias ou novidades você prevê para o futuro?
David Roy-Guay : Estamos trabalhando em diversas áreas de melhoria:
- maior sensibilidade e redução de ruído, incluindo através de otimização de sequências quânticas e qualidade do diamante. Isto aumentará o alcance de detecção;
- aumento da miniaturização, através de integração fotônica e eletrônica, para aplicações embarcadas de grande escala, como pequenos drones;
- melhoria do consumo de energiaessencial para sistemas autônomos e espaciais;
- algoritmos de eliminação de ruído magnético, generalizados para vários tipos de plataformas autônomas e adaptativas durante a missão.
Futura: Como a sua tecnologia poderia mudar a dinâmica da navegação em comparação ao GPS?
David Roy-Guay : Nossa tecnologia poderia oferecer uma alternativa passiva e independente para GNSSna forma de “navegação magnética” de alta precisão. O GPS fornece a posição, mas não a direção como uma bússola faria. Ao contrário dos sistemas de satélite GNSS, não depende de nenhuma infra-estrutura externa e não pode ser bloqueado ou falsificado. Ao explorar assinaturas magnéticas locais usando mapas de alta precisão, o posicionamento robusto poderia ser possível, mesmo em ambientes contestados ou degradados.
Esta capacidade de posicionamento complementar aumentaria a resiliência de navegação e ultrapassaria os limites da navegação mesmo em locais onde o GPS está ausente.
Futura: Que desafios você encontrou no desenvolvimento e lançamento do sensor e como você os superou?
David Roy-Guay : O desenvolvimento desta tecnologia apresenta vários desafios importantes, nomeadamente a integração simultânea de novos blocos tecnológicos, tanto em termos de sequências de controlo quântico como de eletrónica de bordo. Como mencionado anteriormente, isso envolve um alto nível de risco. Para lidar com isso, adotamos uma abordagem iterativa baseada no desenvolvimento de bancos de testes unitários. Isto permite-nos identificar rapidamente os limites de desempenho de cada subsistema e ajustar as nossas prioridades em conformidade.
Também tivemos que superar desafios relacionados com a miniaturização, robustez ambiental e compatibilidade com restrições espaciais. O forte interdisciplinaridade entre física quântica, engenharia eletrônica e sistemas embarcados tem sido a chave do nosso progresso.