量子技術(shù)及其在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用

以量子衛(wèi)星、量子雷達(dá)、量子計算機、量子定位系統(tǒng)為代表的高精尖量子軍事武器裝備技術(shù)已經(jīng)獲得了突破性發(fā)展，使得量子技術(shù)在軍工領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，推動了全球新軍事變革和戰(zhàn)爭形態(tài)變化，受到了世界各國的高度重視，現(xiàn)已成為世界大國的重點發(fā)展對象。例如，2018年歐盟聚集了來自歐洲內(nèi)外共32個國家的政府部門、科學(xué)界以及產(chǎn)業(yè)界的利益相關(guān)方，制定了總值超過十億歐元的國際量子旗艦計劃（EU Quantum Flagship）。

以量子通信、量子計算、量子定位和量子傳感為代表的量子技術(shù)正處于高速發(fā)展中，但就其在軍事領(lǐng)域的實際應(yīng)用而言，其進(jìn)展水平并不平衡。量子計算的進(jìn)展主要由經(jīng)濟(jì)效益驅(qū)動，在未來帶來突破傳統(tǒng)計算理論限制的先進(jìn)計算能力。而量子通信、量子傳感和量子定位技術(shù)的進(jìn)展則主要是由國防安全推動，將大大提高各式軍事指揮系統(tǒng)保密性和抗干擾能力，給未來戰(zhàn)爭形態(tài)帶來顛覆性變化。但考慮到推動量子技術(shù)發(fā)展所需要的科研能力以及龐大的研究投資成本，在未來該技術(shù)領(lǐng)域的競爭將主要來源于同等規(guī)模的競爭者。

量子力學(xué)開山鼻祖馬克斯·普朗克

在信息化作戰(zhàn)條件下，依托衛(wèi)星發(fā)射的無線通信技術(shù)已經(jīng)無所不在，有效安全可靠的信號傳遞堪稱關(guān)鍵，而量子通信技術(shù)就正好能夠在這一領(lǐng)域中大顯身手。量子通信技術(shù)主要是運用了量子疊加原理和量子糾纏原理，利用一組相互糾纏的光子進(jìn)行密鑰的傳遞。按照光子的偏振特征，光分具有二種截然不同的偏振方位，即在被檢測前，糾纏量子的偏振態(tài)處在這二個方面的疊加狀態(tài)，因而是不確定的。也只有在其中一條光子偏振方位被檢測時，無關(guān)的偏振方位才得以確定，而同樣另一條光子又由于量子糾纏而決定了與其相對應(yīng)的偏振方位。

目前的科學(xué)研究與實踐已經(jīng)證明了，在部分重大問題的計算中，量子計算的速率較傳統(tǒng)電子計算機成指數(shù)級增加。尤其是針對軍事領(lǐng)域中關(guān)鍵的解密問題上，在現(xiàn)代經(jīng)典電子計算機上，運行時所需計算次數(shù)隨著輸入量的增加成指數(shù)級增加，意味著這個問題在經(jīng)典物理學(xué)的研究范疇內(nèi)從根本上不可能得以克服。而量子計算利用量子態(tài)疊加原理和量子糾纏特性，具有經(jīng)典計算機無法比擬的高速處理、高保密存儲量子信息及并行計算等功能優(yōu)勢，是滿足未來戰(zhàn)爭需要的新一代高性能計算機。量子計算能夠滿足海量信息存儲與處理、武器裝備研制、戰(zhàn)場態(tài)勢分析與數(shù)據(jù)傳輸、信息安全、重大科學(xué)問題研究對計算速度的現(xiàn)實需求，為軍事復(fù)雜問題提供高效解決方案。

2020年4月，在由美國政府AFCEA組織與喬治梅森學(xué)校共同組織的線上活動中，美國防部軍事科研和工程部的負(fù)責(zé)人馬克·劉易斯認(rèn)為，在量子科學(xué)中最有可能實現(xiàn)的應(yīng)用將是“完成位置、航行和計數(shù)，作為取代GPS操作系統(tǒng)的選擇”。隨著近年來量子信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，各種研究成果也逐步出現(xiàn)。目前量子定位技術(shù)的實現(xiàn)途徑大致有以下4個：一是把量子信息技術(shù)和衛(wèi)星定位技術(shù)加以融合；二是脈沖式量子定位系統(tǒng)；三是“量子羅盤”，即使用地磁性的亞原子效應(yīng)再加上自動定位；四是量子慣性引導(dǎo)。量子定位技術(shù)使用的是具備量子特點的光子脈沖，能夠突破傳統(tǒng)經(jīng)典無線電GPS定位體系中的位置精確度限制，實現(xiàn)極高的位置精確度，并且還內(nèi)含密碼技術(shù)能力，在安全性等方面具備一定優(yōu)越性，可提升軍用電子設(shè)備在GPS拒止環(huán)境條件下的航行力量，將對軍用航海領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響。

量子糾纏原理示意圖

量子雷達(dá)是基于量子力學(xué)基本原理，主要依靠收發(fā)量子信號實現(xiàn)目標(biāo)探測的一種新型雷達(dá)。量子信息技術(shù)均存在一定的技術(shù)優(yōu)勢，可以通過與經(jīng)典雷達(dá)相結(jié)合，提高雷達(dá)科技對總體目標(biāo)的測量性能，從而提升定距、觀察角分辨率和圖像清晰度，同時增強了雷達(dá)的抗干擾能力和防欺詐能力，從而能夠很好克服傳統(tǒng)經(jīng)典雷達(dá)在偵察、測量和圖像形成方面的難題。通過量子統(tǒng)計能夠給軍用復(fù)雜性問題帶來有效突破技術(shù)瓶頸的可能。因此，量子雷達(dá)也因其優(yōu)異的電子對抗特性，受到世界主要大國的高度重視。

量子通信是利用量子疊加態(tài)和糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的新型通信方式，基于量子力學(xué)中的不確定性、測量坍縮和不可克隆三大原理提供了無法被竊聽和被計算破解的絕對安全性保證。量子密碼系統(tǒng)是運用物理學(xué)原理保密信息，量子自身的特性也決定了量子通信的整個過程都是無條件安全的。未來戰(zhàn)爭中沒有嚴(yán)格的前線后方的區(qū)分，而利用特定的量子通信、量子密鑰系統(tǒng)等信息技術(shù)，就能夠形成安全可靠的全新軍事通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可在武器裝備、敵我辨識、鎖定攻擊目標(biāo)等方面形成一體化作戰(zhàn)模式，幫助指揮員把握戰(zhàn)爭全局并作出恰當(dāng)決定。比如，當(dāng)某個方向敵人對敵進(jìn)攻時，在各兵種間通過量子信息組網(wǎng)之后，信息的傳遞可靠性也就有所保證，同時還可以提高部隊行動協(xié)調(diào)性，從而更好地發(fā)揮聯(lián)合作戰(zhàn)能力，對敵人進(jìn)行迅速有效的攻擊。目前已有大量相關(guān)試驗得到證明，量子通信技術(shù)的隱蔽性也將有助于提高水下的綜合對抗實力，從理論來說能夠較好地運用于深海和遠(yuǎn)洋的通信。如果水下通訊問題得以破解，將會極大改善海洋的對抗樣式能力，“海狼群”將變成現(xiàn)實，航空母艦戰(zhàn)斗群或?qū)⑹艿街卮笸亍?/span>

量子羅盤示意圖

傳統(tǒng)雷達(dá)技術(shù)具有電磁泄露強，功耗大，體積大，成像能力微弱，機動性較差等缺陷。而伴隨著現(xiàn)代隱形技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)雷達(dá)反隱身能力較弱的缺陷也越來越突出。而現(xiàn)代量子雷達(dá)利用量子力學(xué)基本原理，能夠很好解決傳統(tǒng)雷達(dá)的種種缺陷。量子雷達(dá)只使用數(shù)量相對較少的光量子對總體目標(biāo)實施偵察，使用的就是光量子的粒子特點。隱身戰(zhàn)斗機可以截取常規(guī)雷達(dá)所發(fā)的信息，并重新發(fā)送一只鳥的虛假信號作為雷達(dá)回波，這就掩蓋了位置。而按照測不準(zhǔn)基本原理，截獲了量子雷達(dá)所發(fā)射光子使得光子原有的量子特點被完全摧毀，同時光子具備不能再現(xiàn)的特點，致使隱身戰(zhàn)斗機所無法隱藏位置。

量子計算可以有效解決高性能、大數(shù)據(jù)計算問題，加快導(dǎo)彈攻防系統(tǒng)、大型海空作戰(zhàn)武器平臺、軍事航天裝備等復(fù)雜武器系統(tǒng)的設(shè)計和試驗進(jìn)程，大幅提升武器裝備研發(fā)效率，有效支撐先進(jìn)武器裝備研制需求。同時，經(jīng)典計算機需要數(shù)百年完成的運算量，量子計算機只需不到幾分鐘的時間就能完成，其強大的數(shù)據(jù)處理能力使現(xiàn)有RSA公開密鑰體系的保密性受到重大挑戰(zhàn)。或者可以說在量子計算機面前，傳統(tǒng)密鑰體系將難以發(fā)揮作用。如此看來，只有采用了量子力學(xué)基本原理的量子密碼體系才能對抗量子計算機的海量計算。

量子定位系統(tǒng)采用量子效應(yīng)與微加工技術(shù)開發(fā)的慣性導(dǎo)航體系，不需與外部信號聯(lián)系而進(jìn)行導(dǎo)航，從而減少了被敵人發(fā)覺、擊落或俘獲的幾率。同時量子定位系統(tǒng)具備精度高、體積小、功耗低的優(yōu)點，滿足了對武器裝備智能導(dǎo)航的要求，可以減少制導(dǎo)體系載荷耗費，提升武器裝備安全性和戰(zhàn)斗質(zhì)效，可用作預(yù)警機、潛航、無人駕駛直升機等的引導(dǎo)或精確測量手段，也可以作為精確制導(dǎo)或單兵戰(zhàn)斗，以提高其攻擊力。因此，將量子羅盤技術(shù)廣泛應(yīng)用于戰(zhàn)略核潛艇，可使其降低對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的依賴，進(jìn)行量子精確定位，為發(fā)射導(dǎo)彈與深海潛行服務(wù)。將量子導(dǎo)航技術(shù)廣泛地運用于宇宙飛船、深空探測器等領(lǐng)域，其自主航行將更為靈活、安全。

近年來，技術(shù)革新的滲透性、擴散性、顛覆性特點日益深入地影響人類經(jīng)濟(jì)社會的生產(chǎn)生活方式，進(jìn)而加速世界新軍事變革與戰(zhàn)爭形態(tài)演變。以量子技術(shù)為代表的顛覆性技術(shù)的發(fā)展與運用也將成為世界軍事領(lǐng)域發(fā)展的主要推動力。因此，在國防軍事領(lǐng)域，深入研究顛覆性技術(shù)引起軍事變革的內(nèi)部機制，并在更深層次上發(fā)現(xiàn)顛覆性技術(shù)和軍事變革之間彼此聯(lián)系、相互影響的底層邏輯，具有重大的現(xiàn)實意義。

 量子衛(wèi)星具有保密通信技術(shù)，可防止間諜竊聽及破解，抗衡外國的網(wǎng)絡(luò)攻擊

量子技術(shù)的發(fā)展需要更多時間才能完全發(fā)揮在國防軍事領(lǐng)域的顛覆作用。實際上，量子技術(shù)并不是一個單一的個體，而是科技創(chuàng)新中的有機組成部分。新興技術(shù)與顛覆性技術(shù)的融合更易于在軍事領(lǐng)域產(chǎn)生顛覆性影響。例如，將大數(shù)據(jù)與量子技術(shù)融合，利用量子傳感器增強信息傳輸?shù)陌踩耘c海量計算的能力，進(jìn)一步強化聯(lián)合作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析能力。同時大數(shù)據(jù)分析、人工智能、高超聲速等領(lǐng)域的科技創(chuàng)新也具備顛覆性特點，將在未來對軍事力量發(fā)展形成重大或變革性影響，利用科技融合的方式更容易對軍事力量發(fā)展產(chǎn)生顛覆性影響。

從投資方向來看，近10年來世界主要國家間的科技創(chuàng)新競爭快速進(jìn)入白熱化狀態(tài)。各主要大國都把科學(xué)技術(shù)作為本輪戰(zhàn)略博弈的核心，把物理空間和虛擬空間作為新質(zhì)戰(zhàn)場，全力爭取前沿核心科技領(lǐng)域的相對優(yōu)勢和關(guān)鍵技術(shù)控制權(quán)。特別是國防軍事領(lǐng)域的科技創(chuàng)新事關(guān)國家安全這一底線，以量子技術(shù)為代表的顛覆性技術(shù)具有顛覆性特征，能夠催生帶動各領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)的融合發(fā)展和跨越式發(fā)展，值得高度重視。

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——《衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)》，觀察，記錄，傳播，引領(lǐng)。