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全球首台量子相机问世DARPA资助的量子相机如何打破物理极限?美天军观察116

发布时间:2026-01-29 02:42:42  点击量:

  2026年1月,一家名为Diffraqtion的初创公司从“隐身”状态中走出,宣布获得了美国国防高级研究计划局(DARPA)的资助,致力于研发全球首台“量子相机”。这项技术不仅比传统光学摄像头快20倍,更解决了长期以来“白天无法进行高分辨率成像”的物理难题。Diffraqtion联合创始人兼首席执行官

  量子相机(Quantum Camera)是一种基于量子传感技术的成像设备。它能够安装在卫星、无人机或地面望远镜上,通过处理光线来生成图像和分析产品。

  无论是你手机里的相机,还是卫星上的相机,都是通过传感器收集光子(光粒子)并将其转化为数字图像来拍摄照片的。然而,这存在一个根本性限制:即*瑞利极限*。这是由光的波动特性所决定的,任何镜头所能达到的最高分辨率都受限于此极限。要理解Diffraqtion技术的革命性,首先必须审视传统光学系统所面临的物理瓶颈。自19世纪以来,光学仪器的分辨率始终受到光的波动性质限制。

  瑞利判据指出,由于光的衍射效应,点光源在通过有限孔径的透镜后会形成一个衍射斑。当两个点光源靠得太近,其衍射斑相互重叠到一定程度时,任何传统光学系统都无法分辨出这是两个独立的物体。在数学上,传统望远镜的最小角分辨率θ由下式定义:

  Diffraqtion的联合创始人兼首席科学顾问Saikat Guha教授在其长达七年的研究中证明,瑞利极限并不是一个不可逾越的绝对真理,而只是“直接强度探测”这一测量方式下的局限性。传统相机传感器(如CMOS或CCD)仅记录光子的到达位置和强度,在这个过程中,多达95%的相位和空间模式信息被丢失了。Diffraqtion的技术核心在于“空间模解复用”。该技术不是简单地捕捉光线,而是利用“可编程光板”对入射光场进行量子变换。通过将入射光分解为一组正交的空间模式,量子相机可以在探测之前保留光子的完整信息。在传统成像中,当物体间距缩小时,每光子所携带的Fisher信息会迅速趋于零;而在量子驱动的空间模测量中,FI保持为常数,从而实现了所谓的“超分辨率”成像。

  不妨这样想,传统相机约有95%的光子信息被浪费掉了。而量子相机则利用量子力学,将此前损失的信息重新回收并加以利用。这项技术源于马里兰大学量子传感科学家Saikat Guha此前获得DARPA和NASA资助的研究。

  Diffraqtion的量子相机突破了这一瓶颈,通过使用光子计数传感器和人工智能,从每个光子中提取出远超以往的信息。它并未沿用传统的经典光学处理方式,而是充分利用量子特性,实现了远超常规相机的分辨率与处理速度:分辨率最高可提升至**20倍**,处理速度最快可达**1,000倍**。

  引人注目的亮点:如果卫星能利用光本身的量子特性,成像清晰度达到当今最佳系统的20倍,会怎样?而这正是Diffraqtion刚刚获得420万美元资金用于打造的项目。这款量子相机解决了传统光学监视设备长期面临的几个痛点,主要优势体现在“快”和“全天候”两个方面:

  因此,量子相机的出现将直接提升美天军在太空域感知(SDA)和导弹防御方面的能力:

  在太空中拥有一项资产时,必须对其进行持续的保管。量子相机让军方能够在白天也实现对太空目标的持续跟踪,解决了长期以来白天观测的盲区。

  该相机可以针对导弹防御任务进行优化。通过区分核弹头和诱饵,它能显著提高反导系统的拦截准确率。

  相机同样适用于地面观测,能够检测地面的变化(如飞机数量的增减)。加拉察诺斯特别提到,这项技术可能引起美国国防部

  在当前的地缘政治环境下,Diffraqtion的技术引起了美国国防部的极大兴趣。特别是随着“金色穹顶”(Golden Dome)计划的推进,美军对全时域、高精度监控的需求达到了顶峰。“黄金穹顶”是美国政府提出的一项耗资巨大的防御倡议,旨在为美国本土构建一个“坚不可摧”的空间防御系统,抵御高超音速导弹、自杀式无人机群等现代威胁。该计划的核心在于“层级防御”,要求从外层空间到低层大气具备无缝的侦察、追踪和拦截能力。

  导弹防御局(MDA)通过其SHIELD合同管理着相关技术研发,未来十年的潜在合同总额可达1510亿美元。Diffraqtion的量子相机被视为该计划的关键传感器补丁:

  区分真假目标:在高超音速威胁中,敌方往往会释放大量的诱饵弹和箔条干扰。Diffraqtion的量子成像可以通过分析光子的空间模指纹,分辨出核弹头与轻质诱饵之间的细微质量和结构差异。

  区分真假目标:在高超音速威胁中,敌方往往会释放大量的诱饵弹和箔条干扰。Diffraqtion的量子成像可以通过分析光子的空间模指纹,分辨出核弹头与轻质诱饵之间的细微质量和结构差异。

  白天追踪的突破:传统地面光学望远镜在白天几乎无法观测卫星,因为大气的散射光淹没了微弱的目标信号。而量子相机对光信息的超高效利用及其特殊的量子滤波器,使其在强烈的太阳背景光下仍能保持目标的“持续监视”,消除了监控盲区。

  白天追踪的突破:传统地面光学望远镜在白天几乎无法观测卫星,因为大气的散射光淹没了微弱的目标信号。而量子相机对光信息的超高效利用及其特殊的量子滤波器,使其在强烈的太阳背景光下仍能保持目标的“持续监视”,消除了监控盲区。

  高速运动补偿:高超音速滑翔飞行器(HGV)的运动轨迹极难预测。Diffraqtion 1000倍的加速处理能力使其能在几毫秒内更新拦截解算,显著提高了动能的成功率。

  高速运动补偿:高超音速滑翔飞行器(HGV)的运动轨迹极难预测。Diffraqtion 1000倍的加速处理能力使其能在几毫秒内更新拦截解算,显著提高了动能的成功率。

  尽管国防需求是初期研发的主要推动力,但Diffraqtion的最终愿景是彻底改变商业地球观测(EO)市场的经济逻辑。Diffraqtion旨在提供比当前顶级商业卫星高出数倍的分辨率,而重量和成本仅为其一小部分。这正是其被称为“iPhone时刻”的核心原因:不仅是技术革新,更是成本结构的毁灭性重塑。

  在DARPA演示之后,Diffraqtion希望于2028年发射其首颗空间域感知卫星,名为“伽利略-1号”(以该科学家和公司吉祥物犬的名字命名)。第二颗卫星则计划于2029年发射,用于地球观测和“金穹”任务。这款量子相机的商业化和军事化部署,标志着量子传感技术在国防领域的应用迈出了实质性的一步。

  除了军事用途,根据Diffraqtion联合创始人兼CEO约翰内斯·加拉察诺斯的介绍,该技术的民用及科研应用主要源于其技术源头(马里兰大学Saikat Guha的研究),具体作用如下:

  量子相机技术最初的研发动力之一就是为了支持NASA的系外行星探测任务。主要包括寻找生命和分析大气特征:

  虽然上文介绍的是“太空域感知”(Space Domain Awareness, SDA),但实际上,对于月球探测及深空探索领域具有同等重要的意义:

  观测非常遥远的更多天体(looking at more objects very far away)

  。在月球探测或深空探测中,这意味着它能清晰地捕捉到距离极远、体积微小或信号微弱的天体或太空碎片,这对于构建地月空间的态势感知能力极为关键。

  相比于传统光学设备在强光下(如接近太阳方向或月球白天)成像困难,量子相机的算法处理能力使其在复杂光照条件下仍能保持高分辨率,

  这一全新的量子成像技术基于此前由美国国防高级研究计划局(DARPA)和美国国家航空航天局(NASA)资助的、马里兰大学(UMD)量子传感科学家Saikat Guha的研究成果,他是该公司的三位联合创始人之一。第三位创始人 是ChristineWang,她担任首席技术官,曾任里弗赛德研究公司光学与光子学研究部门的负责人。

  Johannes Galatsanos(联合创始人兼CEO):拥有MIT和牛津大学背景,在AI、量子技术和创业领域拥有超过15年的经验。在创立Diffraqtion之前,他曾担任诺华制药(Novartis)的执行总监,并在MIT从事相关研究。他的跨行业视野对于将复杂的量子物理转化为可扩展的商业产品至关重要。

  Dr.ChristineWang(联合创始人兼CTO):哈佛大学物理学博士,在国防和商业领域的光子学与光学研发方面拥有20多年的深厚积淀。她曾任Riverside Research的光学与光子学总监以及Draper实验室的首席科学家。她负责将Guha教授的理论转化为坚固的、可进入空间的硬件。

  Prof. Saikat Guha(联合创始人兼CSA):马里兰大学杰出讲座教授、美国国家科学基金会(NSF)量子网络中心主任、IEEE Fellow。他是Diffraqtion核心专利IP的发明者,其研究成果长期获得NASA和DARPA的支持。

  Johannes Galatsanos(联合创始人兼CEO):拥有MIT和牛津大学背景,在AI、量子技术和创业领域拥有超过15年的经验。在创立Diffraqtion之前,他曾担任诺华制药(Novartis)的执行总监,并在MIT从事相关研究。他的跨行业视野对于将复杂的量子物理转化为可扩展的商业产品至关重要。

  Dr.ChristineWang(联合创始人兼CTO):哈佛大学物理学博士,在国防和商业领域的光子学与光学研发方面拥有20多年的深厚积淀。她曾任Riverside Research的光学与光子学总监以及Draper实验室的首席科学家。她负责将Guha教授的理论转化为坚固的、可进入空间的硬件。

  Prof. Saikat Guha(联合创始人兼CSA):马里兰大学杰出讲座教授、美国国家科学基金会(NSF)量子网络中心主任、IEEE Fellow。他是Diffraqtion核心专利IP的发明者,其研究成果长期获得NASA和DARPA的支持。

  这项技术从“寻找外星人”到“监视导弹”,展示了基础科学突破在军民两用领域的巨大潜力。尽管总部位于马萨诸塞州萨默维尔的Diffraqtion公司刚刚走出隐身状态一年,目前仍处于种子前融资阶段,但这家由麻省理工学院与马里兰大学联合孵化的企业已成功吸引了风险投资界的广泛关注及相应投资。

  在2026年初披露的420万美元融资中,QDNL Participations扮演了关键角色。QDNL是一家专门投资早期量子技术公司的基金,其合伙人Chad Rigetti指出,量子传感能为保护轨道基础设施带来全新能力,而Diffraqtion的团队恰恰具备将量子理论转化为作战现实所需的防务和空间洞察力。

  股权融资:Diffraqtion还通过非稀释性资金获得了强大的背书。其中包括DARPA授予的一项150万美元的SBIR Direct-to-Phase 2合同,专门用于空间态势感知(SSA)能力的开发。

  商业领域:Diffraqtion也斩获了多项大奖。2025年11月,该公司在欧洲年度科技盛会SLUSH 100中从1000多家初创公司中脱颖而出,获得第一名,并赢得了由Cherry Ventures和General Catalyst提供的110万美元股权奖励。此外,它还获得了TechConnect的“2025年度最佳空间创新奖”。

  股权融资:Diffraqtion还通过非稀释性资金获得了强大的背书。其中包括DARPA授予的一项150万美元的SBIR Direct-to-Phase 2合同,专门用于空间态势感知(SSA)能力的开发。

  商业领域:Diffraqtion也斩获了多项大奖。2025年11月,该公司在欧洲年度科技盛会SLUSH 100中从1000多家初创公司中脱颖而出,获得第一名,并赢得了由Cherry Ventures和General Catalyst提供的110万美元股权奖励。此外,它还获得了TechConnect的“2025年度最佳空间创新奖”。

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