Le Quantum TNS ou la boussole quantique de sa Majesté

La recherche militaire britannique investit plusieurs millions de livres dans la conception d'une boussole quantique qui sera utilisée par les sous-marins - ne pouvant compter sur le GPS sous l'eau – et pourrait à terme remplacer ou compléter la géolocalisation traditionnelle.

Le GPS, très fameuse technologie militaire de géolocalisation est entré en service dans les années 1970 et fait aujourd'hui votre bonheur sur Google Maps, en ville et sur l'autoroute. Toutefois, il ne constitue guère une panacée pour un sous-marin (c-à-d un tube d'une centaine de mètres de long immergé à 400 mètres de profondeur pendant plusieurs semaines) qui doit remonter à la surface afin d'obtenir sa géolocalisation précise et révéler sa position à quelque satellite dans les cieux.
Les sous-marins compensent cette lacune avec le système de navigation inertielle (INS : Inertial Navigation System). Grâce à des accéléromètres et à des gyroscopes embarqués, ce système autonome enregistre la distance parcourue, chaque rotation et chaque changement de direction afin de calculer la position du bâtiment sur la base des coordonnées précédentes. Cette « navigation à l'estime » (dead reckoning navigation) se révèle imprécise à long terme car elle comporte un degré d'incertude de 2 à 5% sur la distance parcourue (selon les conditions météorologiques) et jusqu'à dizaine de milles marins sur la position. D'où une régulière dérive pouvant aller jusqu'à 1 km pour un sous-marin naviguant en profondeur pendant plus de 24 heures.
Afin de concevoir une boussole quantique, les ingénieurs du UK Defense Science and Technology Laboratory(DSTL) ont eu l'idée d'exploiter les propriétés des particules de rubidium refroidis par laser à plusieurs millionièmes de degrés en-dessous du zéro absolu (ou zéro degré Kelvin), et donc extrêmement sensibles aux variations des champs magnétiques et gravitationnels. Leur prototype consiste en trois boîtes rectangulaires d'une centaine de centimètres chacune, réparties autour d'un axe de rotation tridimensionnel, et dans lesquelles une batterie de lasers refroidissent un nuage de particules d'atomes de rubidium.
En réalité, ces trois boîtes jouent simultanément le rôle d'accéléromètres, de gyroscopes et d'horloges atomiques drastiquement augmentés et affinés. Ainsi, le sous-marin peut recourir à la navigation ultra-précise à l'estime du Quantum TNS(Time, Navigation and Sensing) sous l'eau et parvenir « pile poil » à sa position GPS d'arrivée plusieurs semaines plus tard.

D'ores et déjà, le DSTL planche sur la miniaturisation du Q-TNS dans un objet nomade à peine plus grand qu'un smartphone, destiné à l'infanterie, aux véhicules terrestres, à l'aviation et à la marine. En outre, ce procédé confère également un sérieux atout tactique : en cas d'interférence, de parasitage ou d'interruption de leurs signaux GPS, les armées bénéficieront toujours des merveilles de leur géolocalisation quantique à l'épreuve de la guerre électronique.
En 2013, le Royaume-Uni a investi 270 millions de livres sur un plan de cinq ans visant à incorporer le Q-TNS dans des technologies mobiles et des services en ligne. Un bonheur ne venant jamais seul, les firmes Nokia, Hitachi et Toshiba ont établi des centres de R&D quantique sur les terres de sa Majesté.
En savoir plus :

1. Extreme Tech : UK military creates quantum compass that could be the successor to GPS
2. NPL.co.uk : Quantum Timing, Navigation and Sensing Showcase at NPL
3. GPS Daily : British MoD works on 'quantum compass' technology to replace GPS