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【新技術】「量子コンパス」はGPSを置き換えるかプロトタ イプが3〜5年で登場?[5/22]

1 :ししゃも2人前 ★@\(^o^)/:2014/05/22(木) 23:27:52.51 ID:???.net
「量子コンパス」(Quantum Compass)という技術をご存じだろうか?

位置情報システムとしては人工衛星を使った「GPS」(Global Positioning System)がメジャーな存在であり、
現在スマートフォンなどで利用されているA-GPSは、この衛星システムに地上の携帯アンテナやWi-Fi情報を加えて位置特定速度や精度を向上させたものだ。

一方で量子コンパスは、こうした固定のアンテナや衛星等に頼らず、地磁気等の情報のみを取得してデバイス単体で位置を特定できるメリットがある。


GPS以外の位置情報特定システムが求められる背景

最近では位置情報システムというと、ごく自然に「GPS」というキーワードが出てくるが、
GPS自体はアメリカ合衆国が運用するシステムであり、これを多くの機器がそのまま利用しているに過ぎない。

地表における詳細な位置を特定するというのは航空機や船舶の運航、情報収集において非常に大きな意味を持っており、
GPSももともとは軍事目的として3040年ほど前から研究や配備が続けられてきたものだ。

現在のGPSも、その過程で打ち上げられた衛星の一部がそのまま運用されてきたもので、準同期軌道という
静止軌道より低い軌道を約30個の衛星が周回して地上全土をカバーしている。

GPS受信器は、現在位置からこの衛星のいくつかが出している信号をキャッチし、誤差計算を加えた上で正確な位置を割り出している。

だが、元が軍事用途を中心としたものであり、GPSが現在の形で開放されたのはここ15年ほどのことだ。
以前までは「Selective Availability」という仕組みがあり、軍事用途では誤差数メートルほどの正確な位置情報が
取得できるようになっている一方で、一般にはこれにダミー情報を加えて範囲100mほどの誤差まで落とした情報を提供するようにしていた。

これが、1996年にビル・クリントン大統領(当時)によって「デュアルユース」という一般開放に向けた指針が示され、
2000年5月の段階でようやく「Selective Availability」が解除され、今日のGPSの形で利用できるようになった。
今日、GPS技術は進化を続け、スマートフォンのような小型デバイスであってもごく一般的に搭載されるようになったのも、デュアルユースによる解放後の技術開発があったからだといえる。

イギリス国立物理学研究所(The National Physical Laboratory、NPL) によるプレスリリース
http://ascii.jp/elem/000/000/896/896789/001_248x.jpg
NPLによる観測用チップ
http://ascii.jp/elem/000/000/896/896790/002_248x.jpg


ASCII.jp
http://ascii.jp/elem/000/000/896/896793/

>>2に続く

2 :名無しのひみつ@\(^o^)/:2014/05/22(木) 23:28:14.54 ID:cud0wAkZ.net
現状のGPSにおける問題点

しかし、現在のGPSにはいくつか問題があることは、普段利用しているユーザーにもよく分かってわかっているだろう。
まず、衛星を利用した位置測定ということで、屋内やビルの谷間といった入り組んだ地形では衛星の情報を受信器がキャッチできず、正確な位置を測定できない。

また、詳細は後述するが、これは水の中でも同様で、特に連続で潜行して移動することになる潜水艦ではGPSによる位置計測が使えない。
加速度センサーなどを組み合わせた、GPSを利用しない最高精度の位置測定機器を用いているが、1日で1km程度の誤差は出てしまうという。

もうひとつは、政治的・地政学的リスクだ。そもそもが軍事用途であり、GPSが米国の所有物である以上、
何らかのリスクは考慮しなければいけない。仮に米国を全面的に信頼していたとしても、システムハッキングやジャミングなど、
第三者による介入は常に考慮せねばならず、有事の際に全面的にGPSに頼るのは厳しい。

そうした理由もあり、米国と利害関係にある国や団体は独自の位置情報システム構築を進めている。
著名なものにロシアの「GLONASS」、欧州連合の「Galileo」、中国の「Compass」(北斗衛星導航系統)などが挙げられるが、
現在利用可能なのは数年前に配備が完了したGLONASSのみであり、残りはまだ実験中または配備途中の段階にある。

また、配備計画そのものに対する他国からの牽制も常に行なわれており、例えば誤差1m以内とGPSと比べても
高精度な技術を搭載したGalileoは、米国政府によって「悪用される危険性が高い」との警告が行なわれている。
もちろん、裏の意図としては「GPS利用を阻害するライバルへの牽制」という意味合いもある。
こうした政治的対立以外でも、テロ攻撃の危険性は考慮しなければいけない。例えば、北朝鮮による
ジャミング工作などの危険がある韓国では、衛星による位置情報システム以外に、地上に多数設置した
アンテナを使って詳細な位置を特定できるシステムを構築しているといわれる。
同種の仕組みは地政学的リスクを考慮して、これ以外の地域でも用いられているという。だが、
衛星同様に固定の通信網に頼る仕組みではリスクの完全排除は難しく、今回の「量子コンパス」のような自立型のシステムが大きな意味を持ってくる。

続く

3 :ししゃも2人前 ★@\(^o^)/:2014/05/22(木) 23:29:36.91 ID:???.net
英国防衛省傘下のDSTLが推進する「量子コンパス」

量子コンパスにおける最新研究のひとつは、5月14日(英国時間)付けのFinancial Timesの「MoD’s ‘quantum compass’ offers potential to replace GPS」という記事に詳しい。

英国防衛省(UK Ministry of Defence:MoD)傘下のDSTL(Defence Science and Technology Laboratory)で
進められている研究の成果として開発されたのは、1辺1mほどの靴箱のような量子コンパスだ(関連リンク)。
現在は実用化と小型化の段階の途中にあり、もう数年もすると一部軍事用途での活用が始まるかもしれない。

先ほど潜水艦の例を出したが、途中の燃料補給や燃焼のための酸素を必要としないため、数ヵ月間もの
連続潜行が可能な原子力潜水艦の場合、位置情報の取得は非常に重要な意味を持つ。

だが、潜行中はGPSのような衛星の位置情報取得が利用できず、位置補正のために浮上していたのでは原子力潜水艦の意味をなさない。
量子コンパスは、こうした用途で非常に大きな役割を果たす。そして最終的にはGPSがそうであったように、
より小型軽量化が進められ、スマートフォンのような小型デバイスへの搭載が可能になる時代がそう遠くないうちに到来するかもしれない。


どのように位置の特定しているか

では、衛星や地上アンテナを用いない量子コンパスは、どのように位置の特定を可能にしているのか?
その名のとおり、原子レベルのミクロな世界での物体の挙動を観測する「量子物理学」の技術を応用している。
ベースとなっているのは2001年にノーベル物理学賞を受賞した「ボース=アインシュタイン凝縮」に関する研究で、
原子にレーザー光を当てて絶対零度近くにまで冷却し、“原子の雲”と呼ばれる超低エネルギーの圧縮状態を作り出す仕組みを応用したものだ。

このような過程で作られた原子の雲はレーザー光でさえ閉じ込めることが可能な状態であり、
さらに外部の干渉に対して過敏に反応する。この状態で外部の放射線の影響をギリギリまで排除すると、
地球の電磁気に対してのみ過敏に反応するようになる。この変化を測定することで、衛星や地上アンテナのような
補助システムなしで、デバイス単独で位置情報を取得できるというわけだ。まだ初期の研究段階ながら、
このような形で生成した超低エネルギーのイオン原子を閉じ込めたチップを観測することで、超高精度な位置測定が可能になるとDSTLでは説明している。


Nokia、日立、東芝の量子技術研究センターがすべて英国内に

この量子コンパスを用いた位置情報システム開発は、DSTLでも最優先の研究事項となっており、
昨年2013年には量子技術研究に2億7000万ポンド(約463億円)もの金額が投じられることが発表されている。

Financial Timesによれば、英国はこの分野の研究では世界的リーダーの地位にあり、Nokia、日立、
東芝といった企業の量子技術研究センターはすべて英国内に設置されているのだという。
そして今回の研究を元にしたプロトタイプも35年内には登場すると、同研究を率いているNeil Stansfield氏は説明している。
応用分野も前述の原子力潜水艦だけでなく、今後の小型化により各兵士の装備品のひとつとして利用できる可能性が示唆されている。
 
また「GPS Daily」によれば、この研究は位置情報測定だけでなく、時間の正確な測定も可能にするという。
この技術を応用することで、世界中のどれよりも正確な原子時計の開発が可能になるというのだ。
前述のように、ボース=アインシュタイン凝縮が初めて観測されたのはほんの20年ほど前の出来事であり、
この分野での研究が盛んになったのはここ10年ほどのことだ。その意味で、次の10年にはまた驚くような技術の進展が見られるのかもしれない。


終わりです。

4 :名無しのひみつ@\(^o^)/:2014/05/22(木) 23:35:47.94 ID:DuaU9K7A.net
ジャイロコンパスを越えて、量子スピンに至ったわけか

胸熱だな

5 :名無しのひみつ@\(^o^)/:2014/05/22(木) 23:45:49.75 ID:5sHA1Bl6.net
高精度な磁気センサーってこと?地磁気なんて鉱物やなんやらで同じ緯度でもバラつきありまくりだろ
地震なんか起きたら狂いまくるような

6 :名無しのひみつ@\(^o^)/:2014/05/22(木) 23:48:38.81 ID:xn+oXTye.net
量子コンパスの原理について>>1はなにも説明してない気がするのだが・・・

7 :名無しのひみつ@\(^o^)/:2014/05/22(木) 23:56:30.69 ID:xTQsLOOW.net
変化量測定だと意味がない気がするんだけど

8 :名無しのひみつ@\(^o^)/:2014/05/23(金) 00:03:18.48 ID:UMJ2zT9g.net
人工の星の電波降り注ぎ 絶えず我を導きにけり

9 :名無しのひみつ@\(^o^)/:2014/05/23(金) 00:09:43.68 ID:aYh3IaMk.net
3040年も前から研究してるのかよ
すげーな、ぉぃ

10 :名無しのひみつ@\(^o^)/:2014/05/23(金) 00:12:16.75 ID:GtbIatgu.net
渡り鳥は似たような機構が体内にあって方向を間違えずに海を渡れるとかいうのが最近の研究であったような気がする。

11 :名無しのひみつ@\(^o^)/:2014/05/23(金) 00:22:38.54 ID:32Jyo1xC.net
今と違うのは衛星を打ち上げなくてもいいのと、潜水艦が便利になることと、他国からの干渉を受けなくてもいいところか
つまり技術的に劣勢な国にとって有利ということか
中国メシウマだな

12 :名無しのひみつ@\(^o^)/:2014/05/23(金) 00:32:49.25 ID:ZBga/58i.net
方位だけ分かっても位置は分からないと思うんだが。
加速度積分すんなら従来と変わらんし。

13 :名無しのひみつ@\(^o^)/:2014/05/23(金) 01:29:21.53 ID:QHnSAZhf.net
どうやってスタンドアロンで位置を割り出すのか、さっぱりわからん

途中でGPS使えなくなっても東西南北への進行方向がよくわかるから、補完に使える!ってだけのこと?

14 :名無しのひみつ@\(^o^)/:2014/05/23(金) 01:29:35.22 ID:+VT2nO1t.net
漁師にコンパスは必需品

 遠洋ともなればなおのこと

15 :名無しのひみつ@\(^o^)/:2014/05/23(金) 01:53:43.74 ID:ERzF6bDX.net
>>3に漸く読みたい内容が出てくると言う糞記事w

16 :名無しのひみつ@\(^o^)/:2014/05/23(金) 01:53:57.81 ID:ZLZDaYwV.net
お後がよろしいようで…

17 :名無しのひみつ@\(^o^)/:2014/05/23(金) 02:10:20.47 ID:cq42zShS.net
なるほど解らん

18 :名無しのひみつ@\(^o^)/:2014/05/23(金) 02:32:25.33 ID:CQFD62I7.net
アメリカとロシアは昔、基礎研究やってたから強いんだろうな。

19 :名無しのひみつ@\(^o^)/:2014/05/23(金) 02:34:53.59 ID:EGjpFIT9.net
ビーコンじゃだめなの?

20 :名無しのひみつ@\(^o^)/:2014/05/23(金) 02:43:07.52 ID:7v1ZlebQ.net
緯度によって、地球の磁気の強さは違うから、緯度はわかるだろう
問題は、経度をどうやって割り出すかだな
地球の磁気が一定かあるいは、規則性があるなら
磁気地図を作成すれば、経度も判明するのかな
この
量子コンパスが極小チップになれば
日本国内だけでしか動作しない製品
なんてのが開発可能になる訳だ
支那や朝鮮に不正輸出されたら、位置情報で動作しない機器とか開発可能になれば
いろいろと便利になるわなぁ

21 :名無しのひみつ@\(^o^)/:2014/05/23(金) 03:59:24.20 ID:D4bLLxNF.net
元記事も>1の引用も肝心のことがわからないな。
こういうことらしい。

・レーザー冷却などで少量の原子を極低温にして
 ボーズアインシュタイン凝縮体(BEC体)にする
・BEC体の原子は干渉することができるくらい綺麗な物質波(原子波)になっている

・この物質波を二つの経路に通す。例えば光子一つの反跳を受けた
 原子波と二つの反跳を受けた原子波。
 物質波は外部加速度の影響を受けるが初速ベクトルが異なるから
 距離の異なる経路を通る。再び反跳させて同じ場所へ導き二つの波の
 干渉を調べると外部加速度ベクトルを高精度で逆算することができる。

・加速度以外に、電磁場や回転など、干渉計とかソリトン運動などで
 調べられることなら色々なセンシングに応用が利く。

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