美国军方开展新的量子传感器计划,解决环境干扰等应用挑战

MEMS 2025-01-06 00:02

据麦姆斯咨询报道,美国五角大楼的国防高级研究计划局(DARPA)可能将很快启动一项新的计划,以开发可集成到美国军事平台上的量子传感器。美国国防官员认为量子传感器具有替代基于全球卫星导航系统(GNSS)的“定位、导航和授时(PNT)”以及“情报、监视和侦察(ISR)”的潜力。


2024年2月22日,一架C-17 Globemaster III货机在美国南卡罗来纳州查尔斯顿上空飞行时,其搭载的基于量子传感器的磁异常导航系统执行数据收集任务。SandboxAQ的概念依赖于量子传感器,当GNSS被干扰或失效时,量子传感器可以探测地球磁场并进行导航。(照片来源:美国空军)

然而,部署量子传感器技术仍面临一些挑战。因此,DARPA正计划启动一项名为“强大的量子传感器(Robust Quantum Sensors,RoQS)”的计划,以应对存在的挑战。

美国国防官员在最近发布在Sam.gov网站上的一份特别通知和未来计划公告中写道:“‘RoQS计划’旨在将量子传感器引入美国国防部平台。虽然量子传感器在多种感测模式(磁场、电场、加速度、角速度、重力等)中表现出卓越的实验室性能,不过一旦将量子传感器放置在移动平台上,由于电场、磁场、场梯度和系统振动的影响,其性能就会下降。‘RoQS计划’试图通过创新的量子传感物理方法来克服这些挑战。即将推出的‘RoQS计划’旨在开发和演示本质上能够抵抗平台干扰导致的性能下降的量子传感器,并在政府提供的军用平台上进行演示。”

DARPA向美国国防部研究与工程部副部长办公室汇报,希望将“RoQS计划”开发的量子传感器用于美国军事平台,并启动相关计划以帮助满足要求。为此,DARPA打算与承包商和平台建设者合作,确定量子传感器集成系统,并与政府平台所有者合作,在项目结束时促进集成和测试。

美国五角大楼官员和其他人员一直在努力使量子传感器技术成熟,以用于现实世界的各种应用领域。

美国国会研究服务处最近更新的一份报告解释说,量子技术“将量子物理学原理转化为技术应用”,包括叠加态(即量子系统同时存在于两个或多个状态的能力)和纠缠态等概念,其中“系统中的两个或多个量子对象可以内在地联系在一起,以至于对一个对象的测量决定了对另一个对象的可能测量结果,无论这两个对象相距多远。”

尽管美国国防部官员看到了量子技术在计算、加密和通信等其它领域的潜在用途,但许多观察家认为,量子传感是五角大楼近期最成熟的量子技术应用领域。

美国国防部研究与工程副部长办公室量子科学首席主任约翰·伯克(John Burke)于2024年6月在Defense One主办的技术峰会上表示,“量子传感是我们目前最了解的领域,可以尽快开展产业化及应用”。

如果GNSS(例如GPS)在未来的作战环境中被拒绝或性能下降,量子传感器的能力可以使其成为全球定位系统的替代方案。

“例如,您可能听说过有关GPS干扰和欺骗的担忧。因此,我们正忙于研究量子传感器技术,以便在作战人员获得准确的定位和计时信息,这样他们就不会一直依赖GPS。”约翰·伯克说道,“所以这是我们最早研究的事情,并且我们真的在努力推进量子传感器产业化落地。即使是2024年,我们也拿出了大约1亿美元用于这一领域。”

约翰·伯克表示,美国五角大楼一直在利用其加速采购和部署创新技术(APFIT)计划购买新一代原子钟——可以投入到一些“战略资产”中,可以说第一波量子传感器的春天真的要来了!

约翰·伯克还指出,成功开发和部署量子传感器可以增强对敌方潜艇、地下结构、核材料和电磁辐射等物体的探测能力,从而帮助美国军方找到隐藏的关注目标和敌军。但目前量子传感器有点贵,这是亟需解决的问题之一。

“但对于军事中的某些战略任务来说,现在的量子传感器价格是可以接受的。所以我们从那些与军事国防相关的任务开始——潜艇、战略轰炸机、远程导弹……这些任务都开始引入新的量子传感器技术。”约翰·伯克说,“我们会逐步开始建立量子传感器制造基地,首先是满足国防领域的需求。但我认为从长远来看,你会看到这些量子传感器技术扩展到民用领域。

延伸阅读:
《量子传感器技术及市场-2023版》
《量子技术及市场-2024版》
《量子计算技术及市场-2024版》

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