美国海军研究实验室详解量子研究战略布局，瞄准无GPS导航与战场信息优势

美国海军研究实验室（NRL）一直致力于将科学突破转化为舰队作战能力。近日，NRL在官方网站发表题为“NRL Advances the Navy’s Quantum Future as America Accelerates Quantum Innovation”的文章，系统介绍其量子科学研究所的组建背景、研究布局及面向未来海军任务的应用方向。具体内容如下：

NRL以新成立的量子科学研究所为枢纽，整合量子传感、定位、导航与授时，量子计算，量子网络以及基础科学与支撑技术四大方向；其重点并非追逐通用量子技术热点，而是围绕海军在对抗环境中的现实需求布局，即在卫星导航不可用或性能下降时保持定位精度，提升传感与安全通信能力，并提前储备可用于物流、材料、流体和气象等任务的量子算法。

量子科学研究所于2025年6月正式成立，是美国海军主要的量子信息研究中心。研究所促进实验室内部协作，并为与高校、产业界及其他政府机构开展合作搭建统一平台。在量子计算领域，硬件研发主要由私营企业主导，NRL不参与整机制造，而是将重点放在量子算法和应用开发上，并与硬件开发商密切合作，确保海军能够在技术逐步成熟后及时利用这些成果。

在四大方向中，量子传感、定位、导航与授时最接近海军现实需求。舰船、潜艇和无人系统长期依赖卫星导航；一旦GPS信号不可用或性能下降，惯性导航误差会随航行时间持续累积。量子加速度计、陀螺仪、重力仪和磁力计利用原子或光子的量子特性进行高精度测量，有望降低这种导航漂移，并增强平台在复杂环境中的自主定位能力。

NRL正在利用接近绝对零度的超冷铷原子测量加速度和旋转，并以未来舰载演示、减少长时间任务中的导航漂移为目标。原子钟则已是较成熟的量子技术，可为通信网络、雷达系统和导航系统提供高精度时间同步。

在量子计算方向，NRL明确不与企业比拼整机硬件，而是着手开发海军能够使用的算法和应用。当前关注的问题包括物流优化、先进材料、化学、流体动力学和天气预报等。正如研究所所长Adam Black博士所说，NRL的工作是开发算法与应用，使海军能够随着量子计算机逐步成熟而加以利用，并探索传统计算机难以解决的问题。

传统计算机使用0和1处理信息，量子计算机则使用遵循不同物理规则的量子比特（qubits），这一特性使其在特定计算任务上远优于传统方式。这也说明了算法开发的重要性——量子硬件能否为海军所用，不仅取决于计算机本身，还取决于是否已有与任务相匹配的算法和应用。NRL量子计算专家因此与私营量子计算硬件开发商密切合作，验证NRL所开发算法在海军应用场景中的优势。

除了量子计算，量子网络和基础支撑技术构成了NRL布局的另外两大板块。NRL是华盛顿城域量子网络研究联盟（DC-QNet）成员，该联盟通过光纤连接联邦实验室推进量子网络研究与应用。研究人员正在探索能够增强通信安全、改善分布式感知并支撑未来量子计算架构的相关技术。而支撑这些能力落地的，是量子材料、集成光子器件和可扩展技术，它们构成未来量子系统的基础模块。NRL把基础科学与海军任务需求放在同一框架内，意味着研究人员既要看科学价值，也要评估其能否经由技术验证阶段，最终转化为作战人员可用的实际能力。

整体来看，NRL的四个量子研究方向并非彼此孤立，而是共同服务于海军在受限和对抗环境中的信息获取、传输与处理能力。量子科学研究所的成立，也反映出美国海军正在加强组织化能力建设，即通过促进内部协作、汇聚外部合作力量，并把基础研究与应用开发相结合，让技术验证与海军任务转化之间形成顺畅衔接。NRL还通过博士后岗位、学生实习和合作研究培养下一代量子科学家和工程师，推动技术研究与人才队伍同步发展。

与此同时，NRL还为提供多种合作渠道，包括合作研究与开发协议、教育合作协议、专利许可协议等其他适用协议。这些机制为NRL同高校、企业及其他机构开展联合研究、成果转化和技术合作提供了支撑。

随着量子技术逐步成熟，NRL希望通过基础研究、应用开发与多方合作的结合，参与塑造下一代美国海军能力。通过把科学发现同作战需求连接起来，NRL正推动量子传感、通信和计算成果向海军任务应用转化，并力图使美国保持在量子创新前沿。

原文链接：

https://www.nrl.navy.mil/Media/News/Article/4554059/nrl-advances-the-navys-quantum-future-as-america-accelerates-quantum-innovation/

科学编辑 | 佚名

编辑 | 徐睿