Präziser als GPS

London experimentiert mit Quantennavigation für U-Bahn

Seit Jahrzehnten ist GPS (Global Positioning System) der weltweite Standard für Navigation und Positionsbestimmung – von der Routenführung im Auto oder am Smartphone, über die Luft- und Schifffahrt bis hin zu Einsatzkräften, Logistik, Landwirtschaft und militärischen Anwendungen. Die Technologie ist heute allgegenwärtig, und das, obwohl sie klare Schwächen aufweist. So sind GPS-Signale vergleichsweise schwach, können leicht gestört oder blockiert werden und funktionieren in Innenräumen, Tunneln oder dicht verbauten Stadtgebieten oft nur eingeschränkt. Zudem wächst mit der zunehmenden Abhängigkeit von satellitengestützter Navigation auch die Sorge um Sicherheit, Ausfallrisiken und gezielte Manipulation.

Quantentechnologie könnte Navigation revolutionieren

Genau deshalb wird seit Jahren intensiv an Alternativen und Ergänzungen zu GPS geforscht. Eine der vielversprechendsten kommt dabei aus der Quantenphysik: die sogenannte Quantennavigation. Diese nutzt Quantenmechanik und funktioniert damit unabhängig von Satelliten, wodurch sie auch in schwierigen Umgebungen Anwendung finden könnte und deutlich resilienter gegen Störungen, Ausfälle und Manipulation ist. Zudem verspricht sie eine höhere Präzision, was sie vor allem für kritische Infrastruktur relevant werden lässt.

Ein aktuelles Forschungsprojekt zur Quantennavigation wird derzeit von Monirail vorangetrieben, einer Ausgründung der University of Birmingham, die von der britischen Regierung gefördert wird. Ziel ist es, ein neuartiges Navigationssystem für die Züge der Londoner U-Bahn zu entwickeln, das auch dort zuverlässig funktioniert, wo klassische Satellitennavigation an ihre Grenzen stößt – etwa unter der Erde oder in dicht bebauten Stadtgebieten.

So funktioniert's

Quantennavigation funktioniert im Kern nach einem anderen Prinzip als GPS. Statt ständig Signale von Satelliten zu empfangen, "merkt" sich das System, wie sich ein Fahrzeug oder Gerät bewegt. Kennt man den Startpunkt, kann der weitere Weg Schritt für Schritt nachverfolgt werden – auch dort, wo kein GPS-Empfang möglich ist. Während herkömmliche Sensoren dabei mit der Zeit ungenauer werden, bleibt die Quantentechnologie deutlich stabiler und liefert über lange Strecken hinweg verlässliche Positionsdaten, ohne ständig korrigiert werden zu müssen.

Möglich macht das eine besondere Messmethode. Forschende kühlen eine winzige Wolke aus Atomen mit Lasern stark ab, bis sie extrem empfindlich auf jede Bewegung reagiert. Schon kleinste Richtungs- oder Geschwindigkeitsänderungen lassen sich durch ein optisches Gitter exakt erfassen. Vereinfacht gesagt funktioniert die Atomwolke wie ein hochpräziser Bewegungssensor, der theoretisch überall eingesetzt werden kann.

Erste Forschungen in der Arktis

Erste Prototypen wurden bereits erfolgreich getestet, unter anderem in der Arktis. Bislang sind sie jedoch noch wenig praktikabel. In ihrer aktuellen Form haben sie nämlich die Größe eines großen Kühlschranks. Damit diese Technologie jedoch tatsächlich im Alltag ankommt, etwa in U-Bahnen oder sogar in Smartphones, müsste der derzeit noch aufwendige Aufbau drastisch verkleinert werden.

www.monirail.co.uk