L’exploitation de la physique quantique pourrait offrir aux avions commerciaux une alternative à la navigation par satellite, en améliorant la précision des systèmes inertiels tout en évitant les perturbations et les brouillages.
Des essais en vol commerciaux, utilisant un BAE Systems Avro RJ100 du spécialiste britannique de recherche en ingénierie Qinetiq, ont démontré le potentiel de la technologie quantique pour obtenir des services de position, de navigation et de chronométrage plus résilients.
Les systèmes de navigation par satellite, qui s'appuient sur des constellations telles que le GPS et Galileo, offrent une précision de trajectoire de vol et une indépendance par rapport aux équipements au sol, permettant ainsi le développement d'itinéraires efficaces et d'approches flexibles.
Mais les signaux satellites, relativement faibles, sont vulnérables aux interférences. L’analyse de l’OACI a révélé plus de 520 cas signalés de brouillage ou d’interférence suspectée dans la seule région du Moyen-Orient et de l’Afrique du Nord au cours de l’année 2022.
La Corée du Nord a déjà été accusée de brouillage GPS et, plus récemment, des perturbations de la navigation GPS dans la région baltique ont conduit les autorités estoniennes à renforcer les systèmes de navigation au sol.
L'Agence de la sécurité aérienne de l'Union européenne a organisé un atelier avec l'IATA au début de cette année visant à élaborer des mesures pour lutter contre l'usurpation d'identité et le brouillage.
« Nous devons immédiatement nous assurer que les pilotes et les équipages peuvent identifier les risques et savoir comment réagir », déclare l'AESA.
Sa stratégie commune avec l'IATA se concentre sur le partage des données sur les événements d'interférence, les conseils procéduraux des avionneurs et la conservation d'un réseau minimal d'aides à la navigation conventionnelles pour la sauvegarde.
La vulnérabilité du GPS pourrait cependant également être contrée grâce à des systèmes de navigation embarqués indépendants plus précis.
L'avionique des avions a évolué de l'utilisation de systèmes de navigation inertielle, basés sur des accéléromètres et des gyroscopes mécaniques, à des systèmes de référence inertiels – employant des gyroscopes à anneau laser – dont les informations sont généralement fusionnées avec le GPS pour mettre à jour les ordinateurs de gestion de vol.
Mais au cours des deux dernières décennies, diverses organisations de recherche aérospatiale, notamment la DARPA et la NASA aux États-Unis, ainsi que l'Agence spatiale européenne, ont exploré la possibilité de baser les gyroscopes et les accéléromètres sur des effets quantiques atomiques – et de développer un système de positionnement quantique, afin d'obtenir des résultats hautement -navigation précise.
Le piégeage et la surfusion des atomes avec la lumière laser – recherche qui a remporté le prix Nobel de physique en 1997 – réduisent leur mouvement thermique à un point où leurs propriétés quantiques peuvent être exploitées.
L'interférométrie des atomes froids permet d'analyser la modification – par gravité, inertie ou autres effets – des états énergétiques des atomes. La création de gyroscopes et de capteurs quantiques font partie des pistes technologiques ouvertes par la recherche.
Les récents essais en vol commerciaux au Royaume-Uni d'un système de navigation quantique – entrepris dans le cadre d'une collaboration dirigée par la société de technologie quantique Infleqtion – ont été réalisés dans les installations de Boscombe Down du ministère de la Défense, avec la sortie finale le 9 mai.
Ces tests ont démontré à la fois un système quantique basé sur des atomes ultra-froids, ainsi qu'une horloge atomique optique compacte, embarquée sur le RJ100.
Infleqtion a travaillé sur le projet de source et de capteur d'atomes inertiels à large bande passante – connu sous le nom de High-BIAS2 – visant à valider les gyroscopes quantiques à atomes froids et à démontrer la capacité des capteurs quantiques à stabiliser l'orientation du système de guidage des avions sans signaux de positionnement par satellite.
« La pierre angulaire de la technologie moderne (position, navigation et chronométrage) réside dans les horloges de précision. Ces chronomètres ultra-précis sont cruciaux pour diverses applications », ajoute Infleqtion. « Et la production portable d'atomes ultra-froids est une autre pièce clé du puzzle. »
Il indique que la technologie fera partie d’un système de navigation inertielle quantique.
«Nos récents essais marquent une avancée significative dans le développement de solutions quantiques (position, navigation et synchronisation)», déclare Timothy Ballance, président d'Infleqtion UK. « Les essais en vol réussis démontrent le potentiel de la technologie quantique pour surmonter les défis des systèmes de navigation. »
Dans le cadre de son programme national de stratégie quantique, le gouvernement britannique souhaite « accélérer » les technologies quantiques pour la résilience civile et militaire. La stratégie vise à déployer des systèmes quantiques sur les avions d’ici 2030.
