国防量子传感详解，从原子钟到无GPS导航

国防量子传感利用原子和光子的行为来测量时间、运动、重力和磁场，精度是经典仪器无法企及的，其首个实用场景是在GPS失效时进行导航。量子计算距离战场应用还有数年，与之不同，若干量子传感器已经从实验室走向飞机和舰船上的现场试验。

什么是量子传感

每种传感器都在测量物理世界的某种变化。量子传感器的做法是把原子或光制备到一种脆弱的量子态，再观察环境如何扰动它。由于原子完全相同，其能级由物理规律固定，这种测量自带一个不会漂移的基准，不像机械陀螺仪或石英振荡器那样会产生漂移。

同样的灵敏度也是其主要弱点。量子态很脆弱，振动、热量和杂散场都可能将其破坏。该领域的大部分工程努力，都用在把实验室装置缩小成坚固的组件，使其能在运动中的飞机、舰船或卡车上正常工作。

量子传感器的类型

这四类传感器承担不同的任务。原子钟为网络提供稳定的“心跳”。干涉仪和磁力计为导航提供数据。里德堡原子接收机是一种新兴方式，可在极宽的射频范围内监听信号，这一能力对电子战规划人员很重要。

无GPS的量子导航

近期的理由很直接。卫星导航很容易被干扰和欺骗，波罗的海和乌克兰周边的干扰事件已经说明了这一点。若平台能在没有外部信号的情况下数小时乃至数天精确测量自身运动，就能在GPS受限时继续导航。

目前有两条主要路线。冷原子惯性单元跟踪加速度和旋转，漂移远小于传统传感器。磁异常导航则将本地磁场读数与地球磁场地图对比，据多家公司和国防机构自己的公告称，这种方法自2024年以来已在飞机上进行过试验。两者的目标都是替代或备份传统系统，而不是让传统系统一夜之间过时。

量子传感器能探测隐身目标和潜艇吗

这正是炒作超出证据之处。中国的研究机构和官方媒体多次声称在量子雷达上取得突破，这种雷达可探测低可探测性飞机。这些说法未经证实，没有任何量子雷达被证明能在作战距离上工作，而量子照明的物理优势在嘈杂的现实环境中会很快丧失。有关隐身的真实机理，请参阅我们的雷达散射截面指南。

探测潜艇更有可能，但仍属推测。灵敏的重力仪和磁力计原则上可以发现水下艇体造成的微小扰动，但信号极其微弱，而海洋又极其辽阔。多数分析人士认为量子传感是对声学方法的补充，而不是对拖曳阵列声呐的替代。

谁在资助量子传感

商业参与者既有初创企业，也有老牌国防主承包商，该领域充斥着各种说法。有用的检验标准很简单：这种传感器是否在运动平台上、在真实条件下、在开发者自己的实验室之外运行过？

量子传感常见问题

简单来说，什么是量子传感？

就是通过观察时间、运动、重力或磁场如何扰动处于受控量子态的原子或光子，来测量这些物理量。

量子传感与量子计算是一回事吗？

不是。量子传感是量子技术中独立且更成熟的分支，现场试验已经展开。

量子传感器能取代GPS吗？

不能完全取代。当GPS被干扰或不可用时，它们可作为备份，使导航在数小时或数天内保持精确。

量子雷达存在吗？

实验室实验已有，部分中国消息来源也声称取得进展，但尚无任何作战用量子雷达得到独立证实。

哪些国家在量子传感领域领先？

美国、中国、英国和几个欧洲国家都开展着大型项目，其中美国和英国公布的试验结果最多。