DARPA携手IonQ建设量子光钟产线,瞄准超越GPS的战术授时技术
2026年8月6日——量子技术有望利用物质在最小尺度上行为的基本规律,为授时、传感和计算领域带来前所未有的、足以定义行业水平的性能。概念验证型量子系统已经展示出探测极微小引力变化的能力,可用于实现无需GPS的导航、维持数百万年精确计时,甚至测量单个神经元的磁场。但正是这些传感器如此强大之处——尤其是对周围环境的极端敏感性——使其规模化制造面临难以置信的挑战。
DARPA新公布的“It’s About Time”项目旨在为战术级光钟建立一条中试制造产线,以证明大规模生产量子及量子赋能技术的能力。
“It’s About Time”及多个相关量子传感项目的项目经理Mukund Vengalattore表示:“量子界长期以来只在实验室内推动前沿技术的发展,但这些创新很少能真正进入实际应用领域。”
Vengalattore说:“还没有人成功尝试过将量子制造规模化,因为集成、小型化和加固这些复杂且与量子相关的组件,例如先进激光器和集成光子学,即便在单个原型中也异常困难,更不用说大规模制造了。解决这一制造、加固和集成瓶颈,是DARPA级别的难题,它将为与美国战争部(Department of War,DoW)相关的多个领域打开广阔的机遇空间。”
在“稳健光学时钟网络”(ROCkN)项目中开发的光钟原型展现出了紧凑、长时间守时的时间同步能力,其精度比GPS级授时高出多个数量级。在大约五年的时间里,该项目从实验室面包板上的概念验证时钟,逐步发展为坚固紧凑的光钟原型机,并在多个国家实验室和外场环境中得到了广泛测试。
“从一开始,我们就不希望ROCkN仅仅是又一个时钟项目——满足于在这里搭建一个脆弱原型,或在那里制造更大系统中的某一个小器件。我们想证明,只要方法得当,在与DoW相关的实际应用环境中同样能实现出色的实验室级性能。在此过程中,我们还意识到需要专门的量子测试平台,来对基础量子赋能技术进行原型构建和验证,”Vengalattore说。
这些量子测试平台是在名为“光学-原子系统集成与校准”(Optical-Atomic System Integration & Calibration, OASIC)的配套项目下启动的。事实证明,它们对于理解推进更大规模制造所需的需求、组件级规格、测量规程、封装及标准化流程,以及实现这些下一代授时技术与传统时钟的集成和向后兼容性,具有不可估量的价值。这项工作是DARPA综合战略的一部分,旨在加快量子及量子相关技术的规模化与应用进程。
“在量子领域,那种传统观念——物理学家在高度受控的实验室环境中展示各种可能性,然后由工程师去构建最终系统——是存在根本性缺陷的。正如ROCkN所证明的,组件、架构、系统级设计选择、测试和验证都既要与基础量子物理紧密相关,也要与该技术的实际应用需求紧密相关,”Vengalattore说。“在ROCkN、OASIC和It’s About Time的基础上,我们意图将这种韧性量子制造和快速量子技术转化的范式推广到其他兴趣领域,包括量子射频传感器、红外成像系统乃至更远的方向。”
目前,大多数量子传感器由高度专业的技术人员以小批量、定制化方式组装,缺少标准化的测试、校准或装配规程。若要将高精度授时技术及其他量子技术成功转化到DoW的关键平台,需要一场范式转变。实现这一作战能力的基础性障碍在于,生产规模必须扩大到远超迄今量子技术所展示的水平。此外,It’s About Time还将把这些光钟集成到各种DoW平台上,以展示将皮秒级授时精度引入作战模式后所能带来的超越GPS的变革性能力。
“通过证明稳健的大规模生产是可行的,我们可以创造出必要的规模经济,从而在作战相关环境中,在DoW各平台上快速采用这些经过加固、在尺寸、重量、功耗和成本(SWaP-C)方面达到应用要求的能力,”Vengalattore说。“高精度计时与同步通信能够在对抗环境中独立于GPS运行,以及其他相关能力,将为我们的作战人员带来无与伦比的韧性和战略一致性。现在建设这条产线,将确保美国工业界和联合部队获得关键的先发优势。”
It's About Time计划已与IonQ(该公司收购了ROCkN执行者Vector Atomic)签订合同,利用Vector Atomic的专业技术建立光钟制造生产线。预计制造工厂将于2027年年中投入运营,并在工厂建成后一年内交付成品。


