2026年7月7日——从手机和银行系统到飞机、船舶和紧急服务，现代生活的方方面面都依赖于来自卫星的精确授时信号。

全球导航卫星系统（GNSS）通过搭载原子钟的卫星向地面接收器发送带有时间戳的信号。在澳大利亚和美国，全球定位系统（GPS）是最广为人知的GNSS，但它只是全球使用的多个系统中的一员。

在正常运转的情况下，这些信号支撑着导航系统，并维持关键网络的运行。不幸的是，它们正日益成为恶意攻击者的目标。

干扰与欺骗

干扰和欺骗是干扰GNSS信号的两种方式。干扰会屏蔽微弱的卫星信号，使其无法被接收；而欺骗则更为复杂，它会发送一个虚假但足以以假乱真的信号，诱骗接收器接受错误的位置或时间。

这两种方式的威胁都在与日俱增，因为GNSS信号本身很微弱，在到达地球时更容易受到干扰。

尽管在澳大利亚及许多其他国家，干扰设备属于非法设备，但仍可通过非法渠道获取。复杂的欺骗技术通常更难获得和有效使用，但随着软件定义无线电、开源工具和相关技术知识的普及，风险正在不断上升。

GNSS干扰已不再是遥远或理论上的风险——它正在全球范围内发生。在存在冲突的环境中，GNSS信号被当作战争行为加以干扰，导致关键系统失效。当空中、陆地、海上、网络和太空中的行动失去通信联系时，后果可能是灾难性的。

澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）的研究人员正通过一个由国防科技集团（DSTG）领导的量子项目来帮助应对这一挑战，该项目旨在为澳大利亚国防军增强安全授时技术。

我们的任务是什么？设计、制造并交付两个高通量纠缠光子源。

我们造了“什么”？

我们开发了两个高通量、便携且易于部署的纠缠光子源。是的，这就像《回到未来》中博士的“通量电容器”一样令人惊奇。

但是，当博士和马蒂进行时间旅行时，我们却在测量时间的流逝。

我们建造的不是“通量电容器”，而是一个高通量纠缠的、便携且易于部署的量子光源，我们称之为“CSIRO量子光源”。它能产生通过量子物理定律相互连接的光粒子。CSIRO团队最初与赫瑞瓦特大学合作，旨在将其苏格兰同行的光源设计思维从实验室带到实地应用。

探秘CSIRO量子光源内部

CSIRO的研究人员已经开发并近期向位于阿德莱德的DSTG交付了两台量子光源。

尽管外表不起眼，CSIRO的量子光源能够发射纠缠光子，这些光子可以跨越很远的距离保持量子相关性。这种效应被称为量子纠缠，两个微小的光子粒子紧密相连，对其中一个的改变会瞬间反映在另一个身上，即使它们相隔甚远。当一颗光子留在地球上时，其纠缠伙伴会被发送到数百公里外的轨道卫星上。尽管距离遥远，光子仍然保持量子纠缠状态，从而可以建立安全的通信链路。

盒子内部还有另一个盒子，这是量子光源的核心部件，光子在此产生（左），以及设备的心脏：一个简单的玻璃立方体，它接收成对向相反方向传播的光子，并将它们置于量子纠缠态（右）。

量子纠缠对于地面到卫星的时间传递尤其有用，因为它对干扰极其敏感。因此，如果有人试图拦截或篡改信号，量子态会发生变化，干扰能够被立即检测到——使得用户可以切换到不同的通道。这一过程被称为纠缠分发，可以持续进行以确保链路安全，这也是CSIRO量子光源能够抵御欺骗的原因。

信息图展示了全球导航卫星系统如何工作以及如何被干扰，以及CSIRO的量子光源如何提供替代解决方案。

未来走向何方？

尽管该项目是为国防目的而开发的，但其需求并不仅限于国防应用。当GNSS受到干扰时，帮助军事系统运行的相同安全且有弹性的授时技术，也保护着我们日常依赖的民用系统，包括通信网络、关键基础设施、交通、电网和金融服务。

CSIRO技术负责人Matt Broome博士表示：“这项工作是在澳大利亚发展量子安全时间传递的一个重要里程碑。通过这项工作，CSIRO发展了专业能力，使澳大利亚在定位技术的可持续发展道路上迈出了坚实的一步。”

对澳大利亚而言，该项目展示了如何将深厚的研究专长转化为实际能力。通过在本地开发关键的量子核心组件，CSIRO正在帮助建立一个可能塑造安全通信、导航和授时未来的主权技术体系。