2022年諾貝爾物理學獎授予法國科學家阿蘭·阿斯佩、美國科學家約翰·克勞澤和奧地利科學家安東·蔡林格，以表彰他們在“糾纏光子實驗、驗證違反貝爾不等式和開創(chuàng)量子信息科學”方面所作出的貢獻。光子糾纏再次成為物理學界內外議論的焦點。

包括光子糾纏在內的量子糾纏，已經不是新聞，早在1935年就有人提出。作為測量工作者，我們關注的是以光子糾纏為代表的量子信息科學對導航定位的影響。

分子、原子、光子等構成了物質的基本單元，統(tǒng)稱為量子。糾纏是一種純粹的量子現(xiàn)象。處于量子糾纏中的粒子，無論相隔多遠，當其中一個粒子的狀態(tài)發(fā)生變化，另一個將立刻受到影響。這種強烈的相關性似乎超越了空間和時間，一旦知道一個粒子自旋，就能馬上確定另一個粒子自旋，也許正是基本粒子之間的這種深層量子聯(lián)系，將空間和時間連接在了一起。

導航定位技術從天體導航、地文導航、地磁場導航，到近現(xiàn)代的慣性導航、無線電導航、聲吶導航、光學導航，已經發(fā)展到人們熟悉的衛(wèi)星導航。作為星基無線電導航，衛(wèi)星導航雖然可獲取米級的空間位置信息，但抗干擾性較差，于是人們提出了量子導航定位系統(tǒng)。量子導航定位與量子通信、量子計算一樣，都是量子信息科技發(fā)展的重要方向。

以光子為例，光子糾纏對（兩個光子糾纏）可用于導航定位，從衛(wèi)星上發(fā)出，也可從地面發(fā)出，接收者可以在地面或者在衛(wèi)星上。

量子導航定位系統(tǒng)就是借助量子衛(wèi)星獲得衛(wèi)星與地面之間傳遞光子糾纏對的時間差，建立包含用戶坐標的衛(wèi)星和地面間的距離方程，確定地面用戶的空間坐標。科研人員提出了用3顆或6顆衛(wèi)星建立量子導航定位系統(tǒng)的方案，從衛(wèi)星發(fā)射、運行和維護成本上看，量子導航定位系統(tǒng)具有優(yōu)越性。

量子導航定位系統(tǒng)可分為有源導航定位和無源導航定位兩大類。有源導航定位采用收發(fā)量子信號的方式定位，如果用光子糾纏對，實際上就是收發(fā)特殊的光。無源導航定位采用量子傳感器進行導航定位，不向外界發(fā)送信號。有源導航定位使用的范圍較大，無源導航定位只能在傳感器的作用范圍內使用。包括量子導航定位系統(tǒng)在內的有源導航定位，需要捕獲、跟蹤和瞄準系統(tǒng)，也需要精密的時鐘系統(tǒng)配合。

2016年，通過發(fā)射運行于高度500千米、傾角97.37°軌道的“墨子號”量子衛(wèi)星，我國已經實現(xiàn)了量子通信，還建立了新疆天文臺南山觀測站，以及位于青海省德令哈市、河北省興隆縣和云南省麗江市的4個量子衛(wèi)星通信地面站，為星基量子導航定位系統(tǒng)打下了基礎。

我國在量子糾纏操縱方面一直處于國際領先地位，已經實現(xiàn)了首次洲際量子通信，相距7600公里的中國和奧地利完成量子保密通信，并發(fā)表了一些高水平的論文，這為我國在量子導航定位系統(tǒng)的研發(fā)提供了優(yōu)勢。

目前，我國量子導航定位系統(tǒng)的研究還處于起步階段，只有經歷基礎研究、關鍵技術研發(fā)、工程化集成與驗證等階段，才能實現(xiàn)商業(yè)化應用，像衛(wèi)星導航那樣普及到廣大用戶手中。

（作者系中國測繪科學研究院高級工程師）