DARPA：量子制造的时代已经到来

量子技术有望利用物质在最小尺度上的基本行为规律，为计时、传感和计算带来前所未有的性能突破。概念验证型量子系统已展示出探测极微小引力变化的能力，有望实现无需GPS的导航、数百万年误差仅一秒的精确计时，甚至测量单个神经元的磁场。然而，正是这些传感器的强大特性——对环境的极端敏感性——使其规模化制造变得极为困难。

美国国防高级研究计划局（DARPA）近日宣布启动“It’s About Time”项目，旨在为战术级光钟建立一条试点制造管道，以证明量子及量子赋能技术具备规模化生产能力的能力。

从实验室到战场的鸿沟

“‘量子界长期以来一直在实验室内推动技术前沿，但这些创新很少能走向实际应用，’”DARPA项目经理Mukund Vengalattore表示，他同时负责“It’s About Time”项目及多个相关量子传感项目。

“‘此前从未有人成功尝试过量子技术的规模化制造，因为集成、小型化和加固那些复杂的量子辅助组件——如先进激光器和集成光子学——即使在单个原型中都已极其困难，更不用说规模化生产了。解决这一制造、加固和集成瓶颈是DARPA级别的难题，它将为国防部关注的多个领域打开巨大的机遇空间。’”

已有基础：ROCkN项目的验证

在“稳健光钟网络”（ROCkN）项目中开发的光钟原型已展示了紧凑、长保持时间的时间同步精度，比GPS级计时高出多个数量级。在大约五年的时间里，该项目的论证已从实验室实验板上的概念验证时钟，发展到已在多个国家实验室和实地进行广泛测试的紧凑型光钟原型。

“从一开始，我们就不希望ROCkN只是又一个时钟项目——满足于在这里造一个脆弱的原型，或者在那里制造一个更大系统的某个小组件。我们希望证明，通过正确的方法，在国防部相关的作战环境中可以获得优异的实验室级性能。在此过程中，我们也认识到需要专用的量子测试平台来原型化和验证底层量子赋能技术。”Vengalattore说。

这些量子测试平台是在一个名为“光学原子系统集成与校准”（OASIC）的配套项目下启动的，已被证明在理解大规模制造所需的工艺要求、组件级规格、测量协议、封装和标准化程序，以及这些下一代计时技术与传统时钟的集成和后向兼容方面极具价值。该工作是DARPA加速量子及量子辅助技术规模化应用的综合战略的一部分。

范式转变：物理学家与工程师需要协同

“‘在量子领域，传统观念——物理学家在高度受控的实验室环境中论证技术的可能性，然后工程师再去构建最终系统——从根本上是有缺陷的。正如ROCkN项目所证明的，组件、架构、系统级设计选择、测试和验证都需要与底层量子物理以及技术的作战需求紧密关联。’”Vengalattore说，“‘在ROCkN、OASIC和“It’s About Time”项目的基础上，我们的目标是将这种弹性量子制造和快速量子技术转化的范式推广到其他感兴趣的领域，包括量子射频传感器、红外成像系统等。’”

目前，大多数量子传感器是由高度专业化的技术人员以小规模、定制化批次组装的，缺乏标准化的测试、校准或组装规程。将高精度计时技术和其他量子技术成功转化到关键国防部平台需要一次范式转变。实现这一作战能力的基础性障碍是，将生产规模扩大到远超当前量子技术已展示的水平。

此外，“It’s About Time”项目还将把这些光钟集成到各种国防部平台上，以展示将皮秒级计时精度引入作战范式所带来的超越GPS的变革性能力。

“‘通过证明稳健的大规模生产是可行的，我们可以创造必要的规模经济，以在作战相关环境中，将这些经过加固、满足尺寸、重量、功耗和成本（SWaP-C）要求的能力快速应用到国防部各平台，’”Vengalattore说，“‘在对抗环境中独立于GPS运行的精密计时和同步通信，以及其他相关能力，为我们的作战人员提供了无与伦比的韧性和战略一致性。现在就建立这条制造管道，可以确保美国工业和联合作战部队获得关键的先发优势。’”

项目落地：IonQ获合同，2027年投产

“正是时候”项目已与IonQ公司签订合同（IonQ收购了ROCkN项目的执行方Vector Atomic），利用Vector Atomic的专业知识建立光钟制造管道。预计制造设施将于2027年年中开放，在设施完工后一年内即可交付量产型产品。

本文编译自DARPA官方新闻稿，原标题为“It‘s about time for quantum manufacturing”。

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