在過去的一個(gè)月中，澳大利亞、英國、美國密集部署量子傳感技術(shù)，包含選定企業(yè)制造軍用設(shè)備、啟用專門的國家研究中心等方方面面。

之前的文章里，我們大致介紹了五角大樓在量子傳感器領(lǐng)域的布局。最近，美國又開始新一輪行動(dòng)了——12月2日至3日，量子技術(shù)公司Infleqtion與美國軍工巨頭RTX（雷神技術(shù)公司）的子公司BBN Technologies相繼宣布獲得美國國防部的資助，用于開發(fā)軍用機(jī)架式光鐘與國防和商用低功耗量子傳感器。

新的較量已經(jīng)拉開帷幕。

量子傳感器項(xiàng)目密集部署，競賽一觸即發(fā)

澳大利亞

11月18日，澳大利亞高級(jí)戰(zhàn)略能力加速器（ASCA）的新興和顛覆性技術(shù)項(xiàng)目（EDT）計(jì)劃投資超6000萬澳元，支持與國防應(yīng)用相關(guān)的量子和反虛假信息技術(shù)，已與澳大利亞的大學(xué)和行業(yè)合作伙伴簽署了21份合同。其中，Nomad Atomics公司獲得了一份價(jià)值約246萬澳元的合同，用于開發(fā)高精度量子傳感器。澳大利亞國防部表示，這些技術(shù)是“獲得國防戰(zhàn)略和不對(duì)稱優(yōu)勢的關(guān)鍵。國防部正在與工業(yè)和研究合作伙伴合作，開發(fā)解決方案，為我們的士兵、水手和飛行員在戰(zhàn)場上提供領(lǐng)先優(yōu)勢?！?/p>

圖：獲得澳大利亞國防部合同的組織（部分）

來源：澳大利亞國防部

英國

11月27日，英國啟用量子定位、導(dǎo)航和授時(shí)中心（QEPNT Hub），用于開發(fā)GPS的替代方案。作為英國超1億英鎊投資的一部分，該中心匯集了劍橋大學(xué)、帝國理工學(xué)院等九所頂尖學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和國家物理實(shí)驗(yàn)室的精英力量。據(jù)悉，QEPNT的研究團(tuán)隊(duì)將致力于研發(fā)先進(jìn)的原子鐘和激光雷達(dá)（LiDAR）傳感器，目標(biāo)是制造出更小巧、更輕便的量子設(shè)備，以期在陸路、軌道和地下交通系統(tǒng)中取代現(xiàn)有的GPS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航系統(tǒng)的性能提升。

美國

12月2日，量子技術(shù)公司Infleqtion宣布從美國國防部（DoD）獲得了1100萬美元的資金，用于開發(fā)機(jī)架式光鐘，推動(dòng)精密計(jì)時(shí)解決方案的進(jìn)步。Infleqtion在官網(wǎng)聲明中表示，“光鐘在提升軍事作戰(zhàn)準(zhǔn)備、保障安全通信以及確保任務(wù)成功方面至關(guān)重要，尤其是激烈的競爭環(huán)境中。Infleqtion獲得的資金支持將加速光鐘技術(shù)的部署進(jìn)程，確保這些高精度時(shí)鐘能夠迅速融入防御體系，為美軍維持作戰(zhàn)優(yōu)勢方面提供關(guān)鍵支持?！?/p>

來源：RTX

12月3日，美國航空航天和國防公司RTX（雷神技術(shù)公司）宣布其子公司BBN Technologies正在美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）INSPIRED計(jì)劃的支持下開發(fā)一種緊湊、低功耗的量子傳感器，利用擠壓光的量子態(tài)實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)傳感器高十倍以上的精度，用于國防和商業(yè)應(yīng)用，如LiDAR、生物傳感和通信。BBN領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)正在與Xanadu、馬里蘭大學(xué)和RTX的高科技業(yè)務(wù)部門合作設(shè)計(jì)一種原型芯片級(jí)探測器，旨在在寬頻率范圍（100 MHz至10 GHz）內(nèi)提供準(zhǔn)確檢測，從而實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航、測繪和障礙物檢測等應(yīng)用。

量子傳感器有多牛？軍民兩用，亟需搶占先機(jī)

從上述信息我們了解到，這些國家開發(fā)量子傳感技術(shù)的主要意圖是獲取軍事優(yōu)勢，作為GPS不可用時(shí)的替代方案。此外，考慮到GPS的失靈會(huì)給社會(huì)帶來嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失，因此量子傳感技術(shù)的民用價(jià)值同樣重要。

澳大利亞國防部多次將量子傳感技術(shù)定性為“新興和顛覆性技術(shù)”，并指出它能為作戰(zhàn)提供“不對(duì)稱性優(yōu)勢”；美國國防部也直截了當(dāng)?shù)刂赋?，量子傳感器?duì)于維持作戰(zhàn)優(yōu)勢至關(guān)重要。美國國防創(chuàng)新部門（DIU）已于今年5月成立了一個(gè)新興技術(shù)團(tuán)隊(duì)，專注于為國防部開發(fā)與提供創(chuàng)新的量子應(yīng)用。

來自捷克技術(shù)大學(xué)（Czech Technical University in Prague）的Michal Krelina 博士認(rèn)為：“量子傳感技術(shù)不會(huì)帶來全新的武器或獨(dú)立的軍事系統(tǒng)，但是它能大幅提升當(dāng)前和未來軍事技術(shù)在測量、傳感、精度和計(jì)算方面的能力以及效率，而且大多數(shù)量子傳感技術(shù)通常擁有雙重用途?！?/p>

那么量子傳感技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用場景到底有多豐富呢？

幾十年來，全球定位系統(tǒng)（GPS）一直是定位、導(dǎo)航和授時(shí)（PNT）的基石，但是人們對(duì)GPS的過度依賴也帶來了很多隱患。GPS并不是萬能的，為了在GPS使用環(huán)境受限或遭遇敵方干擾時(shí)依然能使用它所提供的諸多功能，我們需要找到GPS的替代方案。包含量子加速度計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)、重力儀和重力梯度儀量在內(nèi)的量子傳感器就可以在GPS失靈的情況下提供導(dǎo)航信息，與傳統(tǒng)GPS相比，量子傳感器在抵抗欺騙和干擾方面也具有一些優(yōu)勢。

量子雷達(dá)對(duì)未知環(huán)境參數(shù)高精度、高靈敏度、高分辨率的感知能力，使其能夠在軍事行動(dòng)中更準(zhǔn)確地探測地下結(jié)構(gòu)、核材料、電磁輻射等，提升情報(bào)獲取、戰(zhàn)場目標(biāo)探測與偵察能力，幫助國防人員做出更加快速、明智的決策。

高精度原子鐘在通信傳輸領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用，用于時(shí)鐘同步，保證信號(hào)傳輸過程中的時(shí)間精度和穩(wěn)定性。這對(duì)于保證軍事信息的準(zhǔn)確性、安全性和時(shí)效性十分重要，可以有效避免信息傳輸過程中可能產(chǎn)生的誤差和干擾。此外，芯片原子鐘可以用于水下偵察設(shè)備、無人機(jī)以及各種需要精確時(shí)間控制的武器裝備中，提高作戰(zhàn)效率和準(zhǔn)確性。

目前，GPS將持續(xù)進(jìn)化，新一代衛(wèi)星可能會(huì)裝備尖端的原子鐘，提供更優(yōu)的信號(hào)結(jié)構(gòu)和更先進(jìn)的地面控制能力。隨著量子傳感技術(shù)的進(jìn)步，預(yù)計(jì)其在定位、導(dǎo)航和授時(shí)領(lǐng)域的應(yīng)用將日益廣泛。此外，我們可能會(huì)見證混合系統(tǒng)的興起，這些系統(tǒng)將結(jié)合傳統(tǒng)GPS技術(shù)與前沿的量子傳感器技術(shù)，并融入其他經(jīng)典的輔助PNT技術(shù)，發(fā)揮各自的優(yōu)勢。

一場研討會(huì)、一次敦促，和新的行動(dòng)

9月，量子經(jīng)濟(jì)發(fā)展聯(lián)盟（QED-C）發(fā)起了一場匯集100多名專家的研討會(huì)，重點(diǎn)探討量子傳感技術(shù)如何增強(qiáng)定位、導(dǎo)航和授時(shí)（PNT）能力。這次會(huì)議達(dá)成的最大共識(shí)就是，量子傳感行業(yè)的發(fā)展需要美國政府（而不僅僅是五角大樓）提供更多資金，才能超越競爭對(duì)手。

圖：Quantum Sensing for Position, Navigation, and Timing Use Cases

來源：QED-C

目前，美國政府每年量子技術(shù)上花費(fèi)約9億美元，其中大部分流向了國防部。根據(jù)這場研討會(huì)，QED-C撰寫了一份名為“Quantum Sensing for Position, Navigation, and Timing Use Cases”（用于定位、導(dǎo)航和授時(shí)的量子傳感技術(shù)）的報(bào)告。其中提到：“聯(lián)邦投資將支持量子傳感技術(shù)的初始開發(fā)，并最終指向更廣泛的技術(shù)應(yīng)用和擴(kuò)展。此外，聯(lián)邦機(jī)構(gòu)之間的合作有望提高量子傳感器的標(biāo)準(zhǔn)化程度?！?/p>

10月，美國參議員Maggie Hassan與Marsha Blackburn向美國國防部提出建議，要求增強(qiáng)美國在量子傳感技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，特別是在高端導(dǎo)航、雷達(dá)和聲納技術(shù)領(lǐng)域，以更好地維護(hù)國家安全。她們強(qiáng)調(diào)，量子傳感技術(shù)具備高精度導(dǎo)航能力，能夠有效對(duì)抗敵方信號(hào)干擾，并為GPS系統(tǒng)提供備選方案，而“美國的一些對(duì)手國家已經(jīng)開發(fā)出自己的GPS替代技術(shù)”。在致國防部長Lloyd Austin的信函中，兩位參議員強(qiáng)調(diào)：“為了保持對(duì)國際競爭對(duì)手，尤其是中國的技術(shù)與軍事優(yōu)勢，美國必須制定一項(xiàng)戰(zhàn)略性計(jì)劃，將量子傳感技術(shù)整合到我們的國家安全戰(zhàn)略中?！?/p>

圖：參議員Marsha Blackburn

或許正是這些來自業(yè)內(nèi)人士和政府官員的聲音，促使美國政府做出了更進(jìn)一步的行動(dòng)。

此次被美國國防部選中開發(fā)量子傳感技術(shù)的Infleqtion與BBN Technologies，均在國防解決方案與量子傳感領(lǐng)域有著豐富的經(jīng)驗(yàn)。Infleqtion專注于量子計(jì)算與量子傳感兩大領(lǐng)域，由量子領(lǐng)域的頂尖團(tuán)隊(duì)構(gòu)建，擁有超過90位博士（數(shù)量還在增加）。今年5月，在Infleqtion量子傳感技術(shù)的支持下，英國在飛機(jī)上成功演示了基于量子的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。這是全球首次公開展示量子慣導(dǎo)的飛行演示，標(biāo)志著量子導(dǎo)航技術(shù)向?qū)嶋H應(yīng)用邁出了重要一步。BBN Technologies成立于1948年，是美國乃至全球軍工巨頭雷神技術(shù)公司的子公司。早在21世紀(jì)初，BBN Technologies就開始探索量子傳感技術(shù)，并提出了多種量子雷達(dá)方案。

量子經(jīng)濟(jì)發(fā)展聯(lián)盟的建議

-投資于光子集成電路研發(fā)

光子集成電路（PICs）由集成在單個(gè)平臺(tái)或基板上的多個(gè)光子組件組成。PIC的發(fā)展將減少量子傳感器的SWaP-C（尺寸、重量、功率和成本），并使它們更加穩(wěn)健可靠，這些進(jìn)步可能對(duì)量子傳感器的商業(yè)化至關(guān)重要。然而，用于量子應(yīng)用的PIC技術(shù)尚處于研發(fā)的早期階段。政府資助機(jī)構(gòu)應(yīng)增加對(duì)PIC研發(fā)的投資，幫助企業(yè)解決材料、集成、互連和其他挑戰(zhàn)。

-讓量子社區(qū)參與進(jìn)來

量子傳感行業(yè)中，不同組織使用組件的多樣性是集成與擴(kuò)大規(guī)模的主要障礙之一，但行業(yè)需求存在共性。量子技術(shù)研發(fā)人員應(yīng)與QED-C等組織密切合作，在前期一同開展市場研究，從性能指標(biāo)中發(fā)現(xiàn)共性，從而幫助研發(fā)人員了解需要針對(duì)哪些功能作出調(diào)整。此外，即使是單個(gè)用例，也可以通過規(guī)模經(jīng)濟(jì)回饋到供應(yīng)鏈中。由此，可以通過供應(yīng)鏈組件創(chuàng)造一個(gè)良性循環(huán)，進(jìn)而使具有不同SWaP-C需求的整個(gè)量子傳感器市場受益。

-成為量子傳感技術(shù)的早期采用者

美國政府在許多重要任務(wù)中都依賴準(zhǔn)確可用的PNT信息，包括美國宇航局（NASA）的太空探索、美國國防部（DOD）的國防安全行動(dòng)以及美國能源部（DOE）的能源管理。因此，聯(lián)邦政府應(yīng)該盡早采用新的量子傳感器技術(shù)來滿足不斷增長的PNT需求。政府需要充當(dāng)技術(shù)的初始開發(fā)者與第三方驗(yàn)證者，為降低風(fēng)險(xiǎn)提供資金。

-為不同的平臺(tái)和環(huán)境條件開發(fā)部署專用系統(tǒng)

量子傳感器在每個(gè)不同的領(lǐng)域都有明確的PNT用例，每種傳感器的部署情況都可能具有獨(dú)特的環(huán)境條件和對(duì)傳感器平臺(tái)的要求。PNT系統(tǒng)運(yùn)行需要各種情況的參考數(shù)據(jù)，并且應(yīng)包括關(guān)于慣性、振動(dòng)和沖擊條件以及溫度、濕度和磁性環(huán)境條件的數(shù)據(jù)。學(xué)術(shù)界、聯(lián)邦資助機(jī)構(gòu)和技術(shù)研發(fā)人員應(yīng)合作收集必要的參考數(shù)據(jù)并開發(fā)可在各種條件、設(shè)置和海拔高度下部署的 PNT系統(tǒng)。最終用戶（包括政府客戶）也可參與其中，提供有關(guān)環(huán)境條件和平臺(tái)效應(yīng)的數(shù)據(jù)，以告知量子傳感器工程要求和/或量子傳感器開發(fā)人員在相關(guān)平臺(tái)上測試原型的機(jī)會(huì)。

參考鏈接

[1]https://www.infleqtion.com/news/infleqtion-secures-11-million-dod-apfit-award-to-accelerate-deployment-of-quantum-timing-for-defense-applications

[2]https://www.rtx.com/news/news-center/2024/12/03/darpa-taps-rtx-for-sensors-that-defy-standard-limits

[3]https://www.minister.defence.gov.au/media-releases/2024-11-18/albanese-government-invests-australian-innovation-give-defence-technological-edge

[4]https://qepnt.org/news/headline_1132013_en.html

[5]https://afresearchlab.com/technology/quantum/

[6]https://www.defence.gov.au/news-events/news/2024-03-14/making-tiniest-things-count-war

[7]https://www.defenseone.com/technology/2024/10/broader-federal-investment-quantum-sensing-needed-outpace-china-industry-report-says/400661/

[8]https://admin.govexec.com/media/general/2024/10/quantum-sensing-for-position-navigation-and-timing-use-cases.pdf?__hstc=113921560.b603dc43a5485cac41bbe07eb266022a.1733724168685.1733724168685.1733724168685.1&__hssc=113921560.1.1733724168685&__hsfp=2598757901

[9]https://www.hassan.senate.gov/news/press-releases/senators-hassan-blackburn-urge-department-of-defense-to-boost-quantum-technology-efforts-to-maintain-us-edge-over-adversaries

[10]https://www.insideprivacy.com/data-privacy/quantum-computing-developments-in-the-uk-and-us/#:~:text=Developments%20in%20the%20US,to%20quantum%20research%20and%20development.

[11]https://www.independent.co.uk/news/uk/bae-systems-andrew-griffith-balance-qinetiq-wiltshire-b2543860.html

審核編輯 黃宇