QUANTENNAVIGATION

Was? 

Quantennavigation ermöglicht eine präzise Positionsbestimmung unabhängig von GPS-Signalen. Das Grundprinzip – die Trägheitsnavigation – ist nicht neu: Bereits heute berechnen Flugzeuge und Schiffe ihre Position aus Beschleunigungs- und Rotationsmessungen. Allerdings häufen sich bei klassischen Sensoren über die Zeit zwangsläufig kleine Messfehler an, sodass die berechnete Position zunehmend von der tatsächlichen abweicht. Quantensensoren, die auf Atominterferometrie basieren, sind weitaus präziser und driften deutlich langsamer. Dadurch bleibt die Navigation auch über längere Zeiträume zuverlässig. Das ist besonders wertvoll in Umgebungen, in denen GPS nicht verfügbar ist: unter Wasser, in Tunneln oder in Regionen mit gestörten Signalen.

Wofür? 

GPS-unabhängige Navigation eröffnet Möglichkeiten überall dort, wo Satellitensignale nicht zuverlässig empfangen werden können. U-Boote und autonome Unterwasserfahrzeuge könnten über längere Zeit ohne Auftauchen navigieren. In der Luftfahrt ermöglicht die Technologie eine Rückfalloption bei GPS-Ausfällen oder -Störungen. Auch autonome Fahrzeuge könnten profitieren: In Tunneln, Parkhäusern oder Straßenschluchten, wo GPS-Signale oft abreißen, würde die Navigation nahtlos weiterlaufen. Darüber hinaus ist die Technologie für militärische Anwendungen relevant, da GPS-Signale gezielt gestört werden können – Quantensensoren hingegen funktionieren völlig autonom.

Wie? 

Die Quantennavigation nutzt das Prinzip der Atominterferometrie. Atome werden mit Laserpulsen in eine quantenmechanische Überlagerung (Superposition) versetzt und befinden sich gewissermaßen auf zwei verschiedenen Pfaden gleichzeitig. Werden diese Pfade wieder zusammengeführt, entsteht ein Interferenzmuster – ähnlich wie bei Wasserwellen, die sich überlagern und verstärken oder auslöschen. Dieses Muster reagiert extrem empfindlich auf äußere Einflüsse: Beschleunigungen, Rotationen und Schwerkraftunterschiede hinterlassen charakteristische Spuren. Quantenbeschleunigungsmesser, Quantengyroskope und Quantengravimeter nutzen diesen Effekt. Durch die Kombination ihrer Messwerte lässt sich die Position fortlaufend berechnen – ganz ohne externe Signale.

Ausblick 

Quantennavigationssysteme existieren bereits als funktionsfähige Laborprototypen, und erste Feldtests wurden erfolgreich durchgeführt. Für den breiten Einsatz müssen jedoch noch weitere Hürden überwunden werden. Die Geräte sind derzeit groß, schwer und teuer – eine erhebliche Miniaturisierung ist nötig, um sie in Fahrzeuge, Flugzeuge oder gar tragbare Geräte zu integrieren. Auch die hohe Empfindlichkeit der Sensoren ist ein zweischneidiges Schwert: Sie macht präzise Messungen möglich, erfordert aber zugleich eine aufwendige Abschirmung gegen unerwünschte Störeinflüsse wie Vibrationen oder Temperaturschwankungen. Gelingen weitere Fortschritte, könnte die Quantennavigation GPS nicht nur ergänzen, sondern in bestimmten Anwendungen eine robustere Alternative bieten.

Diese Inhalte stammen aus den "Technologie-Steckbriefen", die das Fraunhofer ISI in Modul 1entwickelt hat.