美國防部正計劃研發(fā)更強大的量子傳感器

DARPA 正專注于推進量子傳感器的研究，以應(yīng)對定位、導航和授時（PNT）以及軍事應(yīng)用中的情報、監(jiān)視和偵察（ISR）方面的挑戰(zhàn)。最新一項名為“魯棒量子傳感器”（RoQS）的新計劃旨在提高能夠探測地球磁場的量子傳感器性能，特別是在 GPS 失效的情況下。盡管當前的量子傳感器在檢測磁場、電場、加速度、自旋等方面展示了出色的實驗室性能，但當它們被放置在移動平臺上時，由于振動和場梯度等環(huán)境因素影響，這些傳感器的性能會下降。

RoQS計劃通過整合創(chuàng)新量子物理技術(shù)來克服這些挑戰(zhàn)，克服平臺引起的干擾，確保在實際環(huán)境下的穩(wěn)定性能。DARPA計劃與承包商和平臺制造商合作，測試和將這些傳感器集成到軍事平臺上。量子傳感器的開發(fā)被視為在探測潛艇、地下結(jié)構(gòu)和核材料等隱匿目標探測方面的重大應(yīng)用前景，提供了潛在的軍事優(yōu)勢。

美國五角大樓的國防高級研究計劃局（DARPA)將很快會啟動一項新計劃，開發(fā)更強大的量子傳感器，以便在全球定位系統(tǒng)發(fā)生故障時可探測地球的磁場。根據(jù)一份特別通告，量子傳感器將在美國軍事平臺上使用。五角大樓官員認為，量子傳感器在定位、導航和授時（PNT）以及情報、監(jiān)視和偵察（ISR）方面具有廣闊的前景。

然而，在部署這項技術(shù)時會遇到一些挑戰(zhàn)，DARPA 希望通過啟動一項名為 '魯棒量子傳感器'（RoQS）的新計劃來應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。該計劃旨在將量子傳感器引入國防部平臺。雖然量子傳感器已在多種模式（磁場、電場、加速度、自旋、湍流）下表現(xiàn)出了卓越的實驗室性能，但一旦傳感器被放置在移動平臺上，其性能就會因電場、磁場、場梯度和系統(tǒng)振動而下降。RoQS 試圖通過量子傳感的創(chuàng)新物理學方法來克服這些挑戰(zhàn)。

特別通知以及最近在 Sam.gov 上發(fā)布的未來計劃公告中寫道：即將開展的 RoQS 計劃旨在開發(fā)和演示量子傳感器，這些傳感器能夠從原理上克服平臺干擾因素造成的性能下降，并在政府提供的平臺上進行演示。

DARPA隸屬于美國國防部負責研究與工程的副部長辦公室，DARPA希望將 RoQS 開發(fā)的傳感器過渡到美軍平臺上，并通過相關(guān)的記錄項目幫助滿足需求。為此，該機構(gòu)打算與承包商和平臺制造商合作，確定量子傳感器集成系統(tǒng)，并與政府平臺所有者合作，在項目結(jié)束時促進集成和測試。

五角大樓官員和其他人員一直在努力使量子技術(shù)在現(xiàn)實世界中的應(yīng)用更加成熟。量子疊加--或量子系統(tǒng)同時存在于兩種或兩種以上狀態(tài)的能力--以及糾纏。糾纏是 '系統(tǒng)中的兩個或更多量子對象可以內(nèi)在地聯(lián)系在一起，對其中一個對象的測量決定了對另一個對象的可能測量結(jié)果，而不管這兩個對象之間的距離有多遠'。

盡管國防部官員看到了量子能力在計算、加密和通信等其他領(lǐng)域的潛在用途，但許多觀察家認為傳感是五角大樓近期最成熟的應(yīng)用。

國防部負責研究與工程的副部長辦公室量子科學首席主任約翰-伯克（John Burke）6月在 '國防一號'（Defense One）主辦的一次技術(shù)峰會上說，這是 '迄今為止我們了解最多的應(yīng)用'。

在未來的運行環(huán)境中，如果全球定位系統(tǒng)無法使用或性能下降，這種能力可以提供全球定位系統(tǒng)的替代方案。

你可能聽說過干擾和欺騙等問題。因此，我們正忙于研究其他量子技術(shù)，以便在作戰(zhàn)人員的邊緣輸入定位和定時信息，伯克說，'這就是我們最早的研究方向。在這一框架下還有一系列技術(shù)。我們正在大力推進這項工作。因此，即使是今年2024 年，我們也有大約 1 億美元的資金用于這方面的工作。

五角大樓一直在利用其 '加速創(chuàng)新技術(shù)的采購和應(yīng)用'（APFIT）計劃來購買新一代原子鐘，這些原子鐘可能會被投入到一些 '戰(zhàn)略資產(chǎn) '中。他補充說，今天，第一波新的量子技術(shù)浪潮正在真正到來。

CRS 報告指出，量子傳感器的成功開發(fā)和部署可以提高對敵方潛艇、地下建筑、核材料和電磁輻射等的探測能力，從而幫助美軍發(fā)現(xiàn)隱匿的目標和敵軍。

對于 ISR 來說，遙感能力和許多不同種類的技術(shù)是一個總括。比如磁強計，可以發(fā)現(xiàn)磁性物體。他指出，目前，量子技術(shù) '有點昂貴'。但對于某些軍事戰(zhàn)略任務(wù)來說，這并不昂貴。因此，我們正在從那些與任何東西--潛艇、戰(zhàn)略轟炸機、遠程導彈這些資產(chǎn)-相匹配的任務(wù)入手，開始植入新技術(shù)，'他說：'我們有一種叫做磁力計的東西，可以安裝在系統(tǒng)中，用于磁導航。它非常強大。我們對此感到非常興奮。一旦我們掌握了這些技術(shù)，我們就可以開始建立制造基地，首先是在國防部。這就是我們所走的道路。但我認為，從長遠來看，你會看到這類技術(shù)擴散到民用領(lǐng)域'。

來源：戰(zhàn)略前沿技術(shù)