새 양자 항법 시스템, GPS보다 50배 더 ​​정확

호주 시드니에 위치한 양자 인프라 소프트웨어 제조업체인 Q-CTRL의 연구진은 새롭게 개발한 양자 항법 시스템의 성공적인 시연을 발표했다.

이 그룹은 시스템 작동 방식과 현재 사용 가능한 백업 GPS 시스템과의 비교 테스트를 통해 얼마나 우수한 성능을 보였는지 설명하는 논문을 arXiv 출판전논문 서버에 게시했다.

양자항법 시스템이란 양자 물리학 기반 기술(예: 원자간섭계, 원자시계)를 활용해 외부 위성 신호 없이도 초정밀 위치, 속도, 가속도 측정이 가능한 항법 시스템이다.

민간 및 군용 차량과 항공기가 GPS를 항법 시스템에 도입하고 의존하게 되면서, 정부는 이러한 시스템의 취약성을 잘 알고있다. GPS 중단으로 인해 운전자는 발이 묶이고, 조종사는 구식 시스템을 사용해야 하며, 군 자산 배치에 어려움을 겪을 수 있다.

국가	기관/기업	내용
영국	QinetiQ, Imperial College London	세계 최초 상용 수준의 양자 관성항법 시스템 시연 (2021)
미국	DARPA, Honeywell	전투기/잠수함용 양자 항법 장비 개발 중
중국	CAS (중국과학원)	BeiDou 대체 가능한 양자항법 장치 개발 발표 (2023)
EU	Galileo & SpaceTime Consortium	우주선용 양자항법 기술 시연 중

이러한 이유로 전 세계 과학자들은 합리적인 백업 시스템, 또는 GPS를 대체할 수 있는 대안을 모색해 왔다.

이 새로운 노력의 일환으로 Q-CTRL 팀은 이러한 백업 시스템을 개발했다. 특정 상황에서는 현재 사용 가능한 다른 백업 GPS보다 50배 더 ​​정확하다고 주장한다.

새로운 시스템 ‘Ironstone Opal’은 매우 민감한 양자 센서를 사용하여 지구 자기장을 통해 물체의 위치를 ​​정확하게 파악할 수 있다. Q-CTRL 팀은 지구를 기준으로 한 위치에 따라 자기장이 달라진다는 점에 주목했다. 이를 활용하기 위해 연구팀은 현장을 정밀하게 판독하고 AI 기반 소프트웨어를 사용하여 GPS와 동일한 방식으로 X 및 Y 좌표를 제공하는 센서를 개발했다.

기술 요소	설명	기능 및 역할
양자 센서 (Quantum Sensors)	원자간섭계(Atom Interferometer)를 이용해 중력, 가속도, 회전을 측정	외부 환경 변화 없이 위치·가속도 정밀 측정 가능
양자 원자시계 (Quantum Atomic Clock)	초정밀 시계로 나노초 단위의 시간 측정 가능	위치 계산의 핵심 요소인 시간 오차 최소화
양자 자이로스코프 (Quantum Gyroscope)	회전률을 정밀하게 측정하여 방향성 유지	회전, 방향 전환 시 위치 정확도 유지
양자 중력계 (Quantum Gravimeter)	중력의 미세한 변화 측정 (지형 변화 감지에 민감)	중력장의 변화 감지로 위치 추정 보완
INS 통합 시스템 (Integrated with Inertial Navigation System)	기존 관성항법(INS)에 양자센서를 통합	GPS 없이도 수시간~수일간 정확한 항법 가능

연구진은 이 시스템이 수동형이라고 설명했다. 즉, 다른 기기가 감지할 수 있는 신호를 방출하지 않으며, 전파 방해도 받지 않는다. 또한, 이 소프트웨어 시스템은 센서를 탑재한 차량이나 비행기에서 발생하는 소음을 걸러낼 수 있다.

더 나가아 이 시스템은 소형이어서 승용차, 트럭, 기타 육상 차량뿐 아니라 드론이나 기타 항공기에도 설치할 수 있다.

연구진은 지상에서 이 시스템을 테스트한 결과, 다른 GPS 백업 시스템보다 50배 더 ​​정확하다고 밝혔다. 공중에서는 다른 백업 시스템보다 11배 더 정확한 것으로 나타났다.