Tecnologia
Reino Unido testa pela primeira vez navegação quântica em trem de passageiros e sistema funciona com precisão de centímetros dentro de túneis
No primeiro teste mundial de navegação quântica ferroviária, um trem britânico percorreu a rota entre Londres e Welwyn Garden City equipado com sistema capaz de determinar sua posição com precisão de centímetros dentro de túneis, sem satélites e sem possibilidade de bloqueio por interferência eletrônica
Um consórcio liderado pelo Imperial College London testou com sucesso o primeiro sistema de navegação quântica do mundo aplicado a trens, na linha entre Londres e Welwyn Garden City, no Reino Unido. O Rail Quantum Inertial Navigation System (RQINS) determina a posição exata de uma locomotiva com precisão de centímetros, mesmo dentro de túneis e em corredores urbanos densos onde o sinal de GPS é completamente bloqueado. A tecnologia opera sem comunicação com satélites e não pode ser neutralizada por nenhuma forma de interferência eletromagnética.
Falha de um dia no GPS custaria mais de US$ 1 bilhão ao Reino Unido
A dependência global do GPS vai muito além dos aplicativos de navegação nos smartphones. Caminhões, aviões, trens e cadeias logísticas inteiras dependem do sinal de satélite para operar. Uma interrupção de apenas um dia no sistema custaria mais de US$ 1 bilhão a países como Reino Unido e Estados Unidos.
O problema é que o GPS não é infalível. Uma erupção solar, um dispositivo de bloqueio eletrônico ou a parede de concreto de um túnel são suficientes para derrubar o sinal. Para ferrovias, isso representa um risco operacional concreto: os trens perdem a referência de posicionamento toda vez que entram em estruturas subterrâneas ou percorrem regiões urbanas com edifícios altos.
Átomos resfriados abaixo da temperatura do espaço profundo medem cada movimento do trem
O RQINS resolve esse problema com física quântica. No interior do sistema, lasers aprisionam uma nuvem de átomos dentro de uma câmara de vácuo, numa estrutura chamada Armadilha Magneto-Óptica. Esses lasers bombardeiam os átomos de seis direções ao mesmo tempo, reduzindo sua velocidade até que fiquem quase completamente imóveis. Como a temperatura no nível atômico é definida pela velocidade de movimento das partículas, desacelerar os átomos equivale a resfriá-los a temperaturas mais baixas do que as encontradas no espaço interestelar.
Nesse estado ultrafrio, os átomos deixam de se comportar como partículas e passam a exibir propriedades de onda. O sistema então dispara pulsos de laser em sequência, dividindo a onda atômica em dois caminhos e os recombinando logo depois. Qualquer movimento do trem, seja uma inclinação lateral ou uma variação de velocidade, altera a forma como essas ondas se sobrepõem ao se reencontrar. Esse padrão de interferência é o que permite calcular a posição do veículo com precisão de centímetros.
Vibração dos trilhos exigiu fusão entre sensores quânticos e sensores clássicos
Sensores quânticos são extremamente sensíveis. Um trem em movimento, por outro lado, é um ambiente brutalmente instável: vibrações, solavancos e trepidações constantes dos trilhos representavam o principal obstáculo para que a tecnologia funcionasse fora de laboratório.
A solução foi criar uma arquitetura híbrida. O sensor quântico foi acoplado a sensores mecânicos clássicos, os chamados MEMS (sistemas microeletromecânicos). Os sensores convencionais absorvem as vibrações de alta frequência provocadas pelos trilhos, enquanto o sensor quântico fornece as medições precisas de posição. Essa parceria foi o que permitiu ao sistema operar num trem de passageiros real. O desempenho ficou acima do esperado pelos pesquisadores.
Reino Unido investe US$ 3,3 bilhões para liderar a corrida mundial em tecnologia quântica
O teste ferroviário acontece no contexto de uma disputa geopolítica pela liderança em computação e sensoriamento quântico. O governo britânico destinou US$ 3,3 bilhões à sua Estratégia Nacional Quântica, com a meta de transformar o país numa economia baseada em tecnologia quântica até 2033. Estados Unidos e China desenvolvem programas com objetivos semelhantes.
O mercado de sensores quânticos ultrapassa o setor ferroviário. Aplicações em medicina, geologia, defesa e segurança tornam esse campo um dos mais disputados da próxima década.
Cronograma prevê sensores quânticos em aeronaves e ferrovias críticas até 2030
O RQINS ainda é um sistema volumoso e caro. O próximo passo do consórcio é reduzir o tamanho e o custo do equipamento para viabilizar a adoção em larga escala. O governo britânico fixou 2030 como prazo para implantar sensores quânticos em aeronaves e em corredores ferroviários considerados críticos. A visão de longo prazo é que, até 2035, a navegação quântica seja um componente padrão em toda a infraestrutura essencial do Reino Unido.
Se o cronograma se confirmar, trens que hoje perdem completamente a noção de onde estão ao entrar num túnel passarão a carregar, em seu próprio interior, toda a informação necessária para saber sua posição exata, a qualquer momento, em qualquer trecho do percurso.
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