杨元喜院士：量子PNT发展及其关键技术
#背景介绍#
量子定位、导航、定时（量子PNT）技术是量子计时、量子传感与自感知导航相结合的交叉技术，量子PNT传感器是隐蔽、连续、稳健式自主PNT终端发展的重要方向。
近日，杨元喜院士等人在《测绘学报》上联合发表了一篇名为《量子PNT发展及其关键技术》的综述性文章，系统性阐述了量子PNT技术的概念、内涵与发展路径。
以下内容整理自《测绘学报》2026年第1期（审图号 GS京(2026)0160 号）
01
量子PNT定义与内涵
量子PNT是基于量子态的精确操控，感知角速度、加速度、时间差、重力、磁力等物理量，从而计算载体位置、速度和时间信息的技术，几乎是任何环境下均适应的PNT服务手段，
量子PNT技术包括量子惯性导航（量子角速度感知及量子加速度感知）、量子计时、量子测距定位以及量子重力匹配导航和量子磁力匹配导航等，具备多物理元素的自主感知、连续感知、安全隐蔽以及无线电干扰免疫PNT感知等特点，我国在量子PNT研究方面刚刚起步，目前还没有将量子PNT作为一个整体概念进行描述，市场上也没有任何量子PNT一体化服务装备。
量子PNT感知原理
02
量子PNT的重要意义
量子PNT是确保国家重要基础设施PNT稳健服务的重要手段，是国防PNT核心支撑手段。
美国已经将量子PNT作为GPS拒止情况下重要替代手段。我国国家基础设施运行和国防建设一般依赖北斗卫星导航系统，一旦以北斗为核心的PNT服务受到干扰、欺骗等导致服务中断，都可能造成基础设施运行受阻、失灵，部队行动受挫。此外，为了确保包括深空、丛林、水下、室内等环境下国家基础设施的PNT连续可用，需要发展自感知且干扰免疫的量子PNT服务保障技术。
量子PNT的最大优势在于不依赖外部信号，可实现隐蔽式PNT感知和自主式PNT服务，所以量子PNT技术以其高自主性、高可靠性、高安全性和高精确性等特质，已成为PNT最具应用潜能的发展方向之一，是争取未来PNT体系规则主导权、技术主导权和市场主导权的重要领域。
因此量子PNT被视作国家北斗PNT的重要补充，能够弥补其在复杂电磁环境和强电磁对抗条件下，在高楼密布的城市、树冠遮日的丛林、群峰耸立的山区等地形复杂地区的可用性和可靠性问题；是国家综合PNT服务体系的重要组成部分和重要补充，对交通运输（高铁、航空、物流等）和低空经济具有重要意义；同时也是弹性PNT的核心感知手段与智能PNT服务的重要支撑。
GPS信号干扰原理
03
国外量子PNT发展现状
在量子惯性导航技术方面，美国国防先进研究计划局（Draper）早在2003年便提出了“精密级惯性导航系统（PINS）”计划，支持冷原子惯性传感器开发，2005年提出导航级微陀螺（NGIMG）概念，并在其微PNT项目中分阶段支持了核磁共振陀螺研究。
在量子磁力匹配导航技术方面，美国空军部与SandboxAQ于2023年合作，将实时量子磁导航模块装载在波音公司的C-17运输机上，在“金色凤凰”、“机动卫士”等演习中完成了地磁导航的初期飞行测试。
量子导航系统在美国空军C-17“环球霸王”运输机上进行实时飞行测试
2024年，美军测试了量子地磁导航的通用性及其作为主要实时导航源的潜力。飞行员首次在在完全关闭GPS的情况下，仅凭量子地磁导航飞抵目标坐标，有3段测试航段的误差控制在1海里以内。
2025年，澳大利亚企业Q-CTRL最新的Ironstone Opal导航系统在量子惯性导航的技术上结合了量子磁导航修正技术，是全球首个在现实世界中得到验证的商业量子导航系统，其研发工程师Aaron Canciani博士曾主导过美国空军的“自适应磁导航系统”研发项目。
Q-CTRL量子导航系统的工作示意图
04
国内量子PNT发展现状
我国在量子重力测量、量子重力梯度测量、量子磁力场感知、量子陀螺仪和量子时钟研制方面也取得了显著进步，但是仍然存在极大挑战，需要加紧系列关键技术攻关。
量子PNT关键技术
以量子磁力场感知为例，尽管基于铯原子的光泵原子磁强计已经成功应用于反潜和资源勘探等领域；金刚石量子磁力仪已资源勘探领域有所应用，但均未在PNT领域获得应用，还需开展进一步的磁力匹配导航试验。
并且标量磁力、矢量磁力本身不能提供绝对PNT信息，需要与之相配套的高分辨率基础物理场（具有时间和位置标签的基础基础磁力场）作为支撑，尤其是高分辨率高精度基础海洋磁力场网格，因此需要加强量子物理场匹配导航的基础设施建设及数据采集。
全球地磁异常分布图
05
结语
量子PNT是国家综合PNT的重要组成部分与未来发展方向，是最具市场潜质的传感装备之一，但国内的商业开发尚处于早期阶段，投资风险相对高，市场投资热情相对较低。
在量子PNT供给侧，需要加速布局量子传感器集成技术攻关，攻克量子控制噪声抑制等关键技术；在量子PNT服务侧，必须在量子PNT工程化、小型化、低功耗集成终端研制方面集智攻关，解决量子PNT组件的自主性、稳定性、低成本、量产化等工程难题，形成综合PNT和量子PNT技术资源池；加快完全自主可控的量子PNT传感产业发展，并将高精度、高稳定、高可靠、高自主的量子PNT终端作为北斗PNT拒止情况下的替代服务手段。