米企業Nitride Global、GPS信号を受信できない環境での航法課題に対応するためセンチメートル級量子センサーを研究開発

先進的な熱管理、誘電体、半導体材料の開発に特化した米企業Nitride Globalは、GPS信号を取得できない環境での航法支援を目的としたセンチメートル級量子センサーの研究を行う。同社は9月14日、米空軍省のAFWERXによる中小企業革新研究のフェーズ1契約を獲得したと発表した。本プロジェクトでは、精密航法と長距離重力測定におけるマイクロ波原子チップ量子センサーの実現可能性が評価される。原子干渉マイクロ波原子チップ（A-MAC）と呼ばれるこの装置は、Nitride GlobalのAlONプラットフォームを用いて評価される。

衛星信号なしの航法

GPSが利用できない課題への対応

本プロジェクトは、GPS信号が妨害を受け、欺瞞され、またはまったく取得できない可能性のある環境で、空軍や衛星関連の任務担当者が直面する課題に対応するものである。従来の慣性航法システムは時間の経過とともに誤差が蓄積し、定期的な衛星更新が行われないと位置の不確実性が増大するため、プラットフォームが独立して運用できる時間と距離に制約が生じる。原子干渉計は物質波の波長に基づいて加速度と回転を測定できることから、有力な代替手段となり得る。Nitride Globalによれば、これらのシステムはこれまでに実証された中で最も安定な慣性センサーの一つである。

しかし、現在主流のシステムの多くは依然として1メートルを超える実験台スペースを必要とする。同社によれば、小型化における主な障壁は基礎物理学ではなくパッケージング材料にある。

マイクロ波ハードウェアを単一の回路基板へ統合

マイクロ波ハードウェアの統合

Nitride GlobalのA-MACアーキテクチャは、分散していたマイクロ波リンクを単一の集積回路基板へと統合することを目指している。薄型で曲面にも対応するAlON誘電体材料により、マイクロ波のルーティング、結合構造、トラップ（捕捉）用の幾何形状を同一の積層構造内に配置できる。熱は大型のセラミック基板を通さず、金属を介して外部へ伝導される。これにより、サイズ、重量、電力に厳しい制約のあるプラットフォームに適したセンチメートル級アーキテクチャの実現を目標とする。Nitride Globalは、ウィリアム・アンド・メアリー大学の物理学准教授であるSeth Aubin博士と協力する。

Aubin氏の原子物理学グループは、サブコントラクター兼研究パートナーとして参加し、10年以上にわたるマイクロ波原子チップトラップおよび関連トラップ物理に関する研究の知見をもたらす。

研究室から戦場環境へ

潜在的な応用と商業的価値

本技術は最終的に、衛星に依存しない測位、航法、計時を支える可能性があり、超音速機、ドローン、軌道システム、海洋プラットフォーム、自動運転の地上車両、ドローン迎撃機などへの応用が期待される。商業的な応用には資源探査、インフラ監視、地下マッピングなどが含まれる。「量子慣性センシングは、10年前のパワーエレクトロニクスと同じ理由によって制約を受けています。制限は物理ではなくパッケージングにあります。もしマイクロ波のルーティングと熱管理を同一の材料システムで行えれば、機器は飛行機に搭載できるレベルまで小型化できます」と、Nitride GlobalのCEOであるMahyar Khosravi氏は指摘する。

同社は現在、航空宇宙および防衛分野の統合事業者の意見を求めながら、センサーの形状、環境要件、性能基準の定義を進めている。

量子センサー技術の将来性

高精度な航法への世界的な需要が高まる中、Nitride Globalの量子センサー技術は大きな可能性を示している。本技術はGPS信号が制限される環境で信頼性の高い航法ソリューションを提供するだけでなく、ドローンや超音速機などさまざまなハイテク分野への応用も可能にする。この小型化された量子センサーは従来の慣性航法システムの限界を突破し、航空宇宙および防衛分野における技術革新を促進する見通しである。学術機関との協力により、同社は技術の商業化プロセスを加速させ、市場競争力をさらに高めることができる。