量子传感与未来战争：保持竞争力的五项基本改革

量子传感利用量子力学的原理，例如纠缠和叠加，创造出具有极高精度和准确度的传感器，远远超出了传统传感器的极限。这些传感器用于测量磁场、重力、时间和温度等物理量，应用范围涵盖医疗诊断、地质勘探和高级导航等领域。

近日(2025 年 10 月 9 日)，三位有关专家，阿哈拉“弗兰基”马蒂塞克(Jahara “FRANKY” Matisek) 博士, 卡特里娜·施韦克(Katrina Schweiker) 博士 和摩根·D·巴兹利安(Morgan D. Bazilian)在 《战略与国际研究中心》发文” 量子传感与未来战争：保持竞争力的五项基本改革” 。马蒂塞克中校是美国空军物理学家，以及华盛顿特区战略与国际研究中心 (CSIS) 国防与安全部的军事研究员。施韦克上校是美国空军物理学家，以及华盛顿特区战略与国际研究中心 (CSIS) 国防与安全部的军事研究员。巴兹利安博士是CSIS 能源安全与气候变化项目的高级研究员（非常驻），佩恩公共政策研究所所长，科罗拉多矿业学院教授。他们着重讨论了量子传感的军用前景及如何达到目标：

量子传感技术即将迎来突破，这将彻底改变常规战争和核战争，这要求国防部（最近更名为战争部）进行必要的改革，以保持竞争优势。潜艇、隐形轰炸机和先进的第五代战斗机凭借其高生存力和在不被发现的情况下突破敌方防御的能力，构成了美国威慑态势的支柱。量子传感技术可以探测重力、磁力和光的原子级相互作用，这可能会使依赖隐身和隐形的武器系统失效。正如雷达在第二次世界大战中改变了欧洲空战一样，量子传感也将改变空战和水下战争。

不幸的是，美国面临着这一挑战，其投资分散，缺乏连贯的愿景。国防高级研究计划局、各军种、国家实验室、学术界和工业界的研究人员都在缺乏国家战略或统一技术愿景的情况下追逐突破，这使得推动量子技术在商业产品和军用武器系统中的应用变得更加困难。战争部应该制定一个连贯的愿景和可行的实现路径，其中包括愿意在中长期技术上承担风险，这样即使是像太空量子传感试验这样规模较小的努力，也不会继续面临资金和动力方面的困境。与此同时，中国正在测试用于追踪潜艇的海底传感器，俄罗斯正在构建用于对抗电子战的量子导航系统。

第一个将量子技术用于国防应用的国家将消除潜艇和隐形飞机的比较优势，从而重塑核威慑和常规作战。这并非科幻小说。原型机已经在进行测试，国防部正在资助规模化项目，各联盟也将量子技术发展列为优先事项。随着第一代量子传感系统逐渐走向军事应用，我们必须思考：如果中国率先实现这一目标，而美国潜艇和隐形飞机失去隐形能力，会发生什么？

量子的军用前景

量子传感将极其微小的物理效应转化为有用的信号。量子磁力仪可以绘制地球磁场的微小变化，从而有可能实现对潜艇等海底目标的跟踪和瞄准。量子重力仪可以发现地下和海床周围的密度异常，从而揭示隧道、竖井或大型物体。冷原子惯性传感器和先进的时钟可以使平台在没有 GPS 信号的环境中保持航向数天而不是数小时。量子增强光学技术可以在不产生电磁辐射的情况下提高探测和地理定位能力。这些传感技术具有巨大的军事意义。

作战价值来自于将传统传感器与量子技术相结合。混合堆栈，例如量子加声学、电磁或光学输入，经过机器学习过滤，可以在噪声中找到信号，减少误报，并将微弱信号转换为目标质量的轨迹。这在初步试验中已经显现：英国皇家海军测试了用于小型水下物体的量子磁力仪；中国试验了安装在无人机上的量子磁力仪，以从空中跟踪海底运动；美国科学家探索了基于原子干涉测量法的无 GPS 导航套件；英国研究人员演示了重力传感器，用于探测空洞和隧道。这些进展促成了“综合传感与通信”概念的形成，使其成为一个组织框架：分布式传感器、将计时和处理移至更靠近边缘的位置，并融合跨平台输出，使单个微弱的量子回波与传统数据流结合后具有军事用途。

短期回报并非科幻小说中那种一跃而起就能“摧毁隐身”的雷达。而是更精准的提示、更具弹性的导航和更持久的广域搜索，尤其是在海底和沿海地区，许多军事系统在这些地区容易受到饱和或欺骗攻击。必须将量子视为联合部队已在执行的任务的力量倍增器：发现、定位和射击，同时在电磁频谱拥挤且竞争激烈的领域保持定向。

《国防情报评估2025》全球威胁评估指出，中国和俄罗斯正在扩展量子通信网络，同时投资量子磁力仪、重力仪和惯性导航系统。这些投资旨在开发用于发现、跟踪和瞄准曾经隐形的武器系统的作战工具。无论这些投资是否具有决定性作用，趋势显而易见：对手试图缩小美国潜艇和隐形飞机的无对抗机动空间，而这正是延伸威慑的基石。

量子越多，问题越多

尽管量子技术的进步前景光明，但在这些优势真正应用于战场之前，仍有许多挑战需要克服。这些挑战并非否定量子的军事价值，而是提醒我们当前量子领域的竞争性。从雷达到GPS再到隐身技术，每一项革命性技术，在真正改变战斗之前，都要经历复杂的工程阶段才能成熟。量子传感目前正处于这一阶段：脆弱但发展迅速，每次迭代都使其更接近坚固耐用、可部署的系统。在后隐身时代，投入最多、试验最多的国家将拥有决定性的优势。

极高的灵敏度既是优势，也是劣势。能够探测到最微弱的磁场或重力变化的传感器也能吸收振动、热漂移、电磁杂波以及自身主机平台的噪声。在移动的钢制船体和快速喷气式飞机上，背景干扰会掩盖微弱的信号。磁力仪会在电力系统附近发出杂散轨道，重力仪在湍流中会失去稳定性，惯性组件如果不进行持续校准就会发生漂移。

这种脆弱性减缓了从实验室到战场的过渡。即使在受控条件下表现良好的设备，在暴露于真实军事行动的运动、温度波动和背景噪声时也会发生故障。尺寸、重量、功率和成本限制又增加了一层难度，因为很少有系统能够满足严苛的战斗需求。

其他经常被吹捧的应用也面临着类似的限制。“牢不可破”的量子通信仍然容易受到硬件漏洞的攻击，并且需要在中继器和存储器方面进行大量的基础设施投资。量子雷达将“暴露先进的隐形飞机和导弹”或成为“潜艇杀手”的说法应该持怀疑态度，因为它的探测范围有限，并且容易受到光子损失、大气干扰和噪声的影响。更有可能的是，量子雷达将发展成与传统雷达和信号处理相结合的混合系统，以改进某些特定环境中的探测能力，而不是彻底改变防空系统。

承诺与实践之间的差距在于，量子设备可以探测到传统传感器遗漏的东西，但大多数原型设备对于战斗条件来说过于脆弱。在工程师大规模解决加固和纠错问题之前，量子传感在理论上仍将更多地是一个弱点，而非军事优势。

赢得后隐形时代

量子传感器将继续从实验室走向现实世界的军事应用。其影响将在海底战争、隐形飞机和导弹领域产生显著影响。随着量子传感器的改进，围绕隐形和隐身设计的平台必须适应日益增加的被发现的几率。军队需要学会“在光明中作战”。海军需要投资实时磁特征抑制技术，以躲避量子磁力仪的探测。空军需要重新考虑隐形涂层，并调整战术以应对新的雷达和激光雷达特征。在俄乌战争中得到突出体现的电磁战需要扩展到量子接收器。更快、更精确的探测将压缩决策时间，从而增加误判和升级的风险。

美国军事主导地位面临的这些挑战意味着美国需要制定以《国防战略》为指导的国家技术战略，以协调投资、加速加固，并将量子传感融入联合作战概念。新政府的研发预算重点提升了量子技术，但至少有五项必要改革，以确保美国实现这些目标并保持经济和军事优势。

首先，战争部必须明确量子传感技术发展的所有权。战争部长办公室应效仿联合高超音速过渡办公室，设立联合量子技术过渡办公室，以协调各军种的研发战略和预算，避免重复和差距，并执行共同标准。该办公室应作为国家量子传感战略的支柱，由国家安全委员会领导，并通过标准的五年规划周期提供资源。没有预算的战略是战场；没有战略的预算是漂移。一个专注于量子技术过渡的联合办公室将打破各军种各自为政的局面，确保联邦政府和工业界资助的研究能够转化为可部署的能力。

其次，美国应采取有针对性的产业政策，发展强大而有韧性的产业基础。量子硬件依赖于对硅、铝、铜、铌、镓、锗、钨等矿产以及钇、铕、铒等稀土元素的安全获取。目前，美国依赖脆弱且暴露于对手手中的多种材料供应链。《国防生产法》第三章项目应为国内精炼、相关加工和设备级原料提供资金支持。除原材料外，美国战争部、内政部和商务部应合作建立一个可信量子代工厂网络，以生产技术成熟度较低、初始生产速度较低的磁力仪、重力仪和惯性传感器，并配备出口管制设计套件、抗辐射封装和热管理模块。如果没有一个能够提供坚固耐用部件的、动力强劲、资源充足的产业基础，量子技术就无法做好战斗准备。

第三，实验和加固应成为技术发展的重点。战争部的衡量标准应从预算执行转向作战性能的领先指标，例如平均故障间隔时间、校准保持、杂波抑制以及对实际振动和电磁噪声的耐受性。在内利斯空军基地、埃格林空军基地和大西洋海底测试与评估中心开展的联合实验活动将生成参考数据集，并尽早将原型推向作战平台。将加固和作战测试与模块化开放系统架构标准相结合，作为持续资助的下选门槛，将确保物理学的突破与工程学的突破相匹配，从而快速将武器系统投入实战。

第四，集成和反量子操作至关重要。鉴于最有可能的近期和中期应用以及近期在太空进行的量子密钥分发演示，空军部应领导量子研究和开发。空军应任命一名量子技术执行官，组建一个量子工作组，由联合部队各部门人员参与，将无GPS导航设备、磁异常测绘和量子辅助电子战载荷螺旋式集成到飞机、潜艇和卫星上。每个军种每年应在作战平台上部署至少一种量子模式，例如在美国陆军爱国者导弹发射装置上进行量子探测。同时，联合部队必须做好在后隐形环境下作战的准备，投资于反量子措施：实时消磁、诱饵信号、噪声注入和干扰敌方传感器的欺骗策略。如果不同时关注集成和拒止，量子传感将成为一边倒的战场。

最后，美国应该培养技术和科学人才，因为量子传感需要原子物理学、光子学、低温学和精密仪器方面的专家——而这些技能目前供不应求。必须在短期内增加现有的量子研究投入，例如设立奖学金和实验室驻留项目，并加快审批流程，以便科学家能够在数月而不是数年内为战备做出贡献。美国应该改革签证政策，招募全球专家进入美国实验室，而不是将关键的全球人才拱手让给北京。美国国防高级研究计划局、美国国家科学基金会和各军种实验室也应赞助以强化为重点的奖项挑战赛，例如为期一周的运动飞机惯性导航稳定性测试或无人机抗振重力测量，并将奖项与作战演示挂钩。

量子传感不会让美国的武器系统在一夜之间被淘汰，但随着时间的推移，它将削弱其生存力和威慑力。美国没有时间沉溺于碎片化的努力。它必须实施国家战略，确保关键材料和量子工业基础的安全，开展实验以证明其在作战压力下的可行性，将量子传感融入联合作战概念，并培养人才以保持发展势头。优势不会属于物理学最先进国家，而是属于率先投入使用、适应速度最快的国家。如果不进行果断的改革，美国就有可能眼睁睁地看着对手按照自己的方式定义后隐形时代。