Nhờ vào GPS, chúng ta hôm nay đã có thể xác định vị trí của bất cứ nơi nào trên bề mặt Trái Đất. Tuy nhiên, công nghệ này hoạt động không tốt trong một số trường hợp.

Đó là khi chúng ta sử dụng GPS bên trong các tòa nhà, dưới lòng đất, dưới nước, hay khoảng không bên ngoài giữa các tòa nhà chọc trời nơi tín hiệu có thể bị mất, vì vậy các nhà nghiên cứu đang cố gắng tìm kiếm sự lựa chọn thay thế.

Cảm biến lượng tử có thể thay thế GPS. Ảnh: Coka/Shutterstock
Công nghệ GPS có thể được thay thế bằng cảm biến lượng tử. Ảnh: Coka/Shutterstock.

Cảm biến lượng tử (quantum sensor) là một công nghệ mới, sử dụng tín hiệu từ tính tần số rất thấp (very low frequency hay VLF), nhờ vào các nguyên tử rubidium (Rb) có khả năng phát hiện từ trường cụ thể.

Theo báo cáo trên Review of Scientific Instruments, từ trường tần số thấp có thể được lựa chọn thay thế cho GPS trong các tàu ngầm, thủy lôi, hay hơn thế nữa. Dave Howe – Trưởng nhóm của dự án NIST cho biết: “Các vấn đề lớn đối với liên lạc bằng tần số rất thấp, bao gồm radio từ, chính là độ nhạy của máy thu rất thấp và băng thông giới hạn của những thiết bị thu phát hiện có. Điều này có nghĩa là tốc độ truyền dữ liệu hầu như không có gì".

"Trong khi các nguyên tử thường phản ứng nhanh và có độ nhạy rất cao thì những phương thức liên lạc truyền thống lại thường phải dựa trên sự bù trừ giữa băng thông và độ nhạy. Vì thế, bây giờ có thể đạt được cả hai với cảm biến lượng tử. Về nguyên tắc, độ nhạy dẫn đến phạm vi giao tiếp xa hơn. Cách tiếp cận bằng cảm biến lượng tử cũng mang lại khả năng giao tiếp bằng băng thông rộng như với điện thoại di động” - Dave Howe cho biết thêm.


Cảm biến lượng tử hoạt động giống như từ kế (đo từ trường). Khi các nguyên tử rubidium được đặt trong từ trường, tốc độ quay của chúng thay đổi, giúp tạo ra một dòng điện có thể đo được. Bộ cảm biến có khả năng phát hiện tín hiệu từ trường nhỏ hơn của Trái Đất gấp một triệu lần.

Những lợi thế của phương pháp tiếp cận này rất đa dạng. Các cảm biến lượng tử thường làm việc hiệu quả ở điều kiện nhiệt độ phòng, chúng nhỏ, tiêu thụ rất ít năng lượng, và tương đối rẻ để có thể triển khai.

Ngoài ra, cũng không cần thiết phải hiệu chỉnh vì tài nguyên mà hệ thống sử dụng chỉ là hiện tượng tự nhiên xảy ra đối với các nguyên tử. Điều này giúp cho cảm biến lượng tử trở nên thực sự mạnh mẽ, vượt xa những hạn chế của GPS.

Tuy nhiên, mặc dù lợi thế là vậy song vẫn còn nhiều thách thức phía trước đối với cảm biến lượng tử. Bởi vì xung quanh ta có rất nhiều từ trường, cho nên tín hiệu đôi khi có thể biến mất trong những tiếng ồn.

Hiện nay, phạm vi giao tiếp của một hệ thống trong nhà có thể lên đến hàng chục mét, tốt hơn nhiều so với khả năng hiện tại, tuy nhiên vẫn chưa thực sự là một công nghệ phổ biến và linh hoạt.

Ngoài ra, độ chính xác cũng là một vấn đề cần cải thiện. Sai số hay tính không chắc chắn trong khoảng 16 m (52 feet) vẫn là đáng kể so với mục tiêu chỉ 3 m (10 feet) mà các nhà nghiên cứu kỳ vọng đạt được.

Cuối cùng, các nhà khoa học cũng đang tìm cách tăng dần tỷ suất tín hiệu vượt qua được những tiếng ồn bằng cách cải thiện từ trường, trong số những phương án khác.