오늘날 항공기에서 승용차에 이르기까지 거의 모든 차량의 항법은 GPS(Global Positioning System)에 의존한다. 그러나 국제적 갈등이 심화되는 가운데 GPS 거부는 전통적인 전쟁과 비전통적인 경제적 파괴 모두의 무기가 되고 있다.

GPS 작동 중단은 하루에 10억 달러의 비용을 발생시키고, 현재 하루 1000건 이상의 항공편이 GPS 교란 사고로 인해 운항에 차질을 빚고 있으며, 자율 시스템 도입은 GPS의 신뢰도 부족으로 인해 어려움을 겪고 있다.

한편 기존 GPS 백업 시스템은 심각한 단점을 안고 있어 GPS 없이 작동하는 새로운 항법 솔루션이 최고 수준의 전략 기술로 중요성이 부각되고 있다.

양자 인프라 소프트웨어 기업 Q-CTRL이 GPS와 유사한 위치 파악 기능을 제공하며, 완전 수동적이고 탐지 불가능하며, 재밍이나 스푸핑이 불가능한 차세대 양자 보장 항법 시스템 ‘아이언스톤 오팔(Ironstone Opal)’ 현장 시험 결과를 발표했다.

양자 보장 항법 시스템은 양자 센서를 사용해 지구 구조에서 발생하는 미세하고 감지하기 어려운 신호를 감지하며, 이는 항법을 위한 자기 ‘랜드마크’ 역할을 한다.

이 시스템은 ‘소프트웨어 강화 하드웨어’라는 개념을 중심으로 독자적인 AI 기반 양자 제어 소프트웨어를 사용해 실제 환경에서 발생하는 간섭으로부터 민감한 양자 센서를 보호하고, 하드웨어를 소프트웨어로 대체해 시스템을 소형화함으로써 거의 모든 차량에 배치가 가능하다.

Q-CTRL의 양자 보장 자기 항법 시스템은 밴의 화물칸에 시스템을 장착한 지상 차량에서도 성공적으로 항법을 수행했다. 비행 시험과 마찬가지로 위치는 공개 데이터베이스에서 제공된 자기 지도를 기준으로 추정되었다.

Q-CTRL은 실제 지상 및 공중 시험을 통해 자사의 양자 보장 항법 솔루션이 GPS 없이 성공적인 항법을 가능하게 하며, 기존 GPS 대안보다 최대 50배 뛰어난 성능을 입증했다.

지상 차량과 비행 중 양자 우위 달성

Q-CTRL 팀은 지상 차량과 비행 중 시험을 수행했다. 두 시험 모두에서 양자 우위를 달성했으며, 차량의 움직임을 측정하여 작동하는 최고급 GPS 백업 시스템인 관성 항법 시스템(INS)으로 알려진 전략급 GPS 대안보다 우수한 성능을 제공했다. 이 시험에서 자기 지도 정보는 공개 데이터베이스에서 얻었으며, 시험 전에 특별한 측량이 필요하지 않았다.

비행 시험 동안 Q-CTRL 시스템은 99.97%의 가동 시간을 달성했으며, 외부 장착형 양자 센서를 통해 약 500km 비행 동안 INS 대비 최대 50배 낮은 위치 불확실성을 달성했으며, 위치 불확실성은 총 이동 거리의 약 0.03%에 불과했다.

최상의 시험에서는 약 0.01%의 최종 위치 불확실성을 달성했다. 이는 새로운 자기 항법(MagNav) 솔루션의 성능이 레이더와 같이 적에게 위치를 노출시키는 외부 신호를 방출하거나 비행 중 기상 조건에 영향을 받는 도플러 레이더, 도플러 속도 라이다, 시각적 주행 거리 측정법을 포함한 다양한 다른 GPS 백업 시스템의 공개된 수치보다 우수함을 보여준다.

비행 중 자기 항법은 여러 센서 구성에서 성공적이었으며, 항공 전자 장비 및 기타 장비의 자기 간섭이 일반적인 외부 센서 장착 지점보다 10배 이상 큰 항공기 내부에 전체 풀 스택 시스템이 위치한 경우에도 INS보다 최소 11배 더 나은 성능을 보였다.

간섭 제거 알고리듬으로 소프트웨어 강화

이러한 결과를 얻기 위해서는 양자 기술 솔루션이 실제 작동 환경에서 작동하도록 보장하기 위한 결정적 근거가 필요했다.

심한 진동과 전자기 간섭은 대부분의 실험적인 양자 항법 솔루션이 연구실에서 실제 세계로 전환되는 것을 막았지만, ML과 물리학을 결합한 ‘자기 잡음 제거’ 소프트웨어 개발 및 통합으로 간섭 제거 알고리듬을 개발했다.

공개된 자기 비행 데이터를 사용해 경쟁사 알고리듬과 직접 비교한 결과, Q-CTRL 소프트웨어는 동일한 데이터에서 15배 빠른 학습 속도로 3배 더 나은 위치 정확도를 달성했다.

특히 잡음 제거 소프트웨어가 실시간으로 발생하는 간섭에 대한 모든 관련 정보를 학습할 수 있으며, 이는 경쟁사의 일반적인 접근 방식에서 요구되는 사전 학습, 보정 또는 특수 차량 기동이 필요하지 않다는 것을 의미한다.

현재 Q-CTRL은 호주 국방부, 영국 해군, 미국 국방부 등 정부 기관과 협력해 국방 플랫폼을 위한 새로운 양자 감지 기술을 제공하고 있으며, 에어버스와 상업 항공용 양자 항법 솔루션을 개발하고 있다.