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量子科技的未来影响与军事价值

时间: 2024-02-08 02:01:41 |   作者: 温室气体分析仪

党的二十大报告说明:“以国家战略需求为导向,集聚力量进行原创性引领性科技攻关,坚决打赢关键核心技

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  党的二十大报告说明:“以国家战略需求为导向,集聚力量进行原创性引领性科技攻关,坚决打赢关键核心技术攻坚战。”习在总结新时代十年的伟大变革时特别指出,我国的基础研究和原始创新慢慢地增加,包括载人航天、探月探火、卫星导航、量子信息等一些关键核心技术实现突破,取得重大成果。量子力学的物理理论研究历史已长达一个多世纪,近年来以量子力学为理论基础的量子科技发展加速,关键核心技术频频突破,其在未来社会的应用场景轮廓和重大颠覆性作用正越来越清晰,其所映射的量子革命也慢慢变得备受世人关注。

  习指出:“要充分认识推进量子科技发展的重要性和紧迫性,加强量子科技发展的策略谋划和系统布局,把握大趋势,下好先手棋。”量子信息技术是量子物理与信息技术相结合发展起来的新学科,最重要的包含量子通信、量子遥感和量子计算等领域。近年来不断突破的量子科技正在开启新的机遇之门。

  推动第四次科技革命的战略引擎。第四次科技革命由德国人在2013年汉诺瓦工业博览会上提出,是指继蒸汽技术革命、电力技术革命、计算机及信息技术革命之后的又一次新的科技革命。量子科技和AI、生物技术等一并成为新一代高新科技的主要代表,以超常态的方式快速推进第四次科技革命发展,伴随而来的是社会生产力的急速发展,社会经济结构和人类生活方式更是呈现出巨大变化。新一代高新科技也就自然成为此次科技革命的重要战略引擎,尤其是还处于半成熟状态的量子科技,给人类社会所带来的爆燃式影响和惊喜更有可能超乎想象。

  引领未来发展的关键核心技术。量子科技被认为是“21世纪改变世界的关键核心技术之一”,将通过具有颠覆性特征的量子通信、量子遥感和量子计算三个子领域技术,对AI、物联网、区块链、大数据、云计算等各领域技术产生全维技术叠加或技术替代,通过量子科技突破带动全部技术的突破,来引领世界未来发展。量子通信根据量子力学的测不准原理,构建“一次一密、完全随机”的量子密钥,突破传统经典加密体系限制,实现信息高速安全传递。量子遥感是利用基本量子体系的一致性,对量子关键物理量灵敏感应,突破传统经典电磁波理论限制,实现对目标物的精确测量。量子计算是利用量子态的叠加特性,进行信息编码、存储和计算,突破摩尔定律,实现计算机算力指数级增长。

  构筑科技新优势的战略制高点。量子科技是凭借量子所具有的量子态叠加性、纠缠性、相干性等新优势特征,通过对量子进行具体细微操作,来实现超越人类普通认知的信息通信、信息加密、信息计算的重大颠覆性技术。量子科技不同于传统科技的理论、方法及应用,完全是一种另辟蹊径,对已有传统技术路径产生了根本性替代方案,实现了对传统技术体系的重大颠覆性技术创新,是其他科技难以企及的新的战略制高点。量子科技改变了微电子技术在现行军事信息技术体系中的基础性地位,突破现有信息技术的物理极限,为信息科学的发展提供新的原理和方法,对架构其上的计算机、通信、软件等产生革命性影响,进而对作战行动中的侦察、指挥、控制、打击、协同、评估、保障等各环节带来架构层的根本性变化,其在军事领域的颠覆性作用将无可估量。

  世界各国锚定量子前沿科技提前布局。欧盟提出建立欧洲量子产业,谋篇未来“量子互联网”,2016年发布《量子宣言(草案)》,2018年启动总额10亿欧元的“量子旗舰”计划,2020年发布《战略研究议程(SRA)》报告。北约意在培育量子科技等变革性技术,2022年宣布启动世界首个“多主权风险投资基金”,并将设立量子技术开发中心。美国为确保在量子信息科学及其技术应用方面保持领头羊,2018年发布《国家量子倡议法案》实施为期10年的“国家量子计划”,2020年发布《美国量子网络战略构想》,并将开辟量子互联网。日本提出以新一代量子通信技术为研究对象的长期战略,2018年启动“光量子跃迁旗舰计划”,2020年公布《量子技术创新战略》,2022年公布《量子未来社会愿景》。

  世界主要国家抢先推进量子科技突破。美国在量子遥感和量子计算等方面研究颇深,桑迪亚国家实验室近期研制的量子传感器取得重大突破,有望取代GPS,成为无需外在电子信号即可定位导航的最新技术。日本同时推动10余个量子科学技术研发项目,形成了超导量子电路、量子算法、光晶格钟、约瑟夫森量子计算机等一批前沿成果。俄罗斯在量子存储和商业量子计算机方面迈出重要一步,首次证明了使用超导量子比特链来实现光子有效互动的可能性,建立超过30公里量子安全通信信道。英国专注于量子成像、超精度传感器、安全通信和量子计算等,研究开发重力探测器、量子模拟器、量子计算机和微型原子钟等。

  我国应当持续扩大量子技术优势。20世纪90年代,我国开始步入量子科技领域。2021年3月,“十四五”规划提出,要加强关键数字技术创新应用,加快布局量子计算、量子通信等前沿技术,并在量子信息等前沿科技和产业变革领域,组织实施未来产业孵化与加速计划,谋划布局未来产业。2016年完成国际上首条远距离光纤量子保密通信骨干网“京沪干线”、发射“墨子号”量子卫星,并通过两者结合率先构建天地一体化广域量子保密通信网络雏形。在量子精密测量方面不断追赶国际领先水平,2018年首次实现利用激光冷却技术的空间冷原子钟,在原子钟、量子陀螺仪、量子雷达、痕量原子示踪、弱磁场测量等关键技术上也有了较大突破。我国正在对可扩展量子计算的物理体系开展系统性研究,2021年成功构建具有66个量子可编程超导量子计算原型机“祖冲之二号”和具有113个光子、144模式的光量子计算原型机“九章二号”,使我国变成全球上唯一在超导量子和光量子两种体系下达到量子优越性里程碑的国家。

  军事领域极强的对抗属性,激发了其对先进的技术的天然敏感性。量子科技的强大颠覆性和美好应用前景,强力吸引军事领域的重点关注。

  量子通信赋能军事信息网络,实现信息绝对安全。传统军事信息网络,是基于因特网体系架构,通过各类通信线路和设备连接各种网络终端,实现军事信息资源互联共享的系统。传统军事信息网络安全保密较为脆弱,一是网络架构安全设计不健全,存在截获、中断、篡改、伪造等严重网络信息安全威胁。二是信息保密基于经典加密体系的复杂计算,虽然某些特定的程度地保证了信息加密通信,但随着解密技术发展和计算能力提升,其脆弱性更突出。尤其是随着量子科技的发展,用量子搜寻算法攻击现有RSA公开密钥体系,量子计算机只需4分钟就可完成经典计算机1000年的运算量,其强大的并行解决能力会让传统信息网络无密可保。而量子通信则是利用量子纠缠效应进行信息保密传递的一种全新通信方式,目前已经逐步成熟,并从理论走向实用。作为量子通信密钥的量子态,在被非法访问破解时,其状态的必然改变性和可观测性,可保证传输信息的无条件安全,使其成为一种理论上绝对安全的加密方式。因此,量子通信技术符合军事信息网络“稳定可靠、安全保密”的基础要求,可为全维全域中各类作战指挥系统、侦察预警系统、武器作战平台之间的战场通信提供隐蔽性更强、覆盖面更广的“神经网络”。另外,量子通信还具备信噪比低、传输介质无关性等特征,甚至未来还可能突破信道容量,将有效弥补深空通信、水下通信短板。

  量子导航革新军事定位手段,实现无源精准定位。军事导航技术是引导武器装备系统沿着预定线路到达预定地点,并随时给出其即时准确位置的技术。在卫星、雷达、地形辅助、惯性等多种有源无源传统军事导航方式中,最常见和重要的就是卫星导航,通过发送和接收卫星信号,提供实时、全球、全天候的导航服务,但其存在着导航频率公开、长距离传输信号衰减、易受网电攻击等缺陷,极易被敌方阻断、削弱或欺骗。量子导航作为量子遥感技术的一个分支,是一种无需与外界进行信息交互的无源自主导航,其基础原理是利用敏感的量子态原子精确测量地球电磁扰动,通过自身惯性器件实现姿态调整和定位。未来,战机、战车、舰船、潜艇、导弹等武器平台可以在量子加速器和量子陀螺仪等量子导航设备的辅助下,不再依托导航卫星信号实现测距和授时,无需定期通过导航卫星校正位置,就可隐蔽实现量子无源精确定位,有效克服传统卫星导航易受物理遮蔽的局限性、传播途径的脆弱性,保证在任何时间、任何地点、任何环境下实现导航,其行动隐蔽性、打击精确度都将大幅超越现有水平。

  量子雷达颠覆传统探测机理,实现战场灵敏探测。传统雷达技术是依据自己和目标间相对运动的多普勒效应,以电磁波为介质,通过接收目标物回波,分析测量目标物与参照物之间相对距离、径向速度、方位高度等信息的技术。传统雷达受经典电磁波理论限制,不仅发射功率大、信号处理复杂,极易被敌方发现打击,而且在探测隐身目标、对抗虚假信号干扰上能力偏弱。量子雷达作为量子遥感技术的另一个分支,其基础原理是通过发射大量量子波束,在远距离接触目标物后,随机产生少数的量子反射,量子设备不再像传统雷达捕捉反射的电磁波那样直接捕获反射的量子,而是捕获量子反射时自毁的物理现象,进而在雷达上成像,并确定目标物数据信息。量子雷达较传统雷达具有极优的远距离、抗干扰、反辐射、反隐身优势,构建超强量子雷达探测能力,彻底颠覆隐身作战平台的作战优势,实现对多目标快速探测、成像识别,可使敌方战机在远距之时、潜艇在深海待机之时、陆上装备平台在密林隐蔽之时提前暴露,多数高价值作战平台无处遁形,实现全天候、反隐身和抗干扰作战。

  量子计算提升作战算力水平,实现快速打击优势。量子计算以量子比特为信息编码基本单位,利用量子态的叠加特性进行并行计算,实现算力指数级增长,其计算速度可达目前具有最快计算性能计算机的数亿万倍。如美国谷歌公司使用53量子比特的量子处理器“Sycamore(悬铃木)”运行“随机线万次采样,而使用世界上的排名第一的超级计算机Summit则需要1万年。具有强大的并行运算能力的量子计算机,可提供超强算力水平,实现对战场海量数据的快速汇聚与分析计算,推动战场物联网和各类信息终端即时高效连接,明显提升作战评估与决策能力,实现战场智能化、网络化升级,使不同作战力量、作战单元、作战要素间信息高速流动、高速共享、高度融合,将大幅压缩“OODA”(“观察判断决策行动”)的作战循环周期,实现发现即秒杀,留给敌方时敏目标的生存时间窗口极其短暂。

  量子科技助力无人作战平台,实现高度人工智能。战争形态正由机械化、信息化向智能化方向演进,武器装备远程精确化、隐身化、无人化趋势越来越明显,智能化战争初现端倪,“蜂群”“蚁群”“狼群”“鱼群”等各种智能化、自主式无人作战平台系统不断涌现。未来以量子互联网为载体,以量子通信、量子遥感、量子计算为核心的量子科技所能提供的联通力、探测力、运算力是超乎想象的,也必将超乎想象地提升智能化无人作战平台系统的智能自主、自行编组、人机协同等能力,使其完全无需人工干预就能独立完成获取信息、判断态势、作出决策、处置情况、自我评估等任务,甚至是形成机器特有的独立意识。

  当前,以量子科技加快速度进行发展为标志的新的科技革命迹象正在慢慢地显现,随着量子科技基础理论的进一步突破、量子设备的进一步量产,其在军事领域必将大范围应用,促使战争形态、作战方式、交战规则、指挥模式发生颠覆性改变。对此,我们应审时度势、抓住机遇、主动作为,积极研究量子科技理论,创新量子关键核心技术,培养量子科技高品质人才,加快量子科技军事应用步伐,努力争夺未来战场战略制高点。

  [2]习.高举中国特色社会主义伟大旗帜 为全面建设社会主义现代化国家而团结奋斗在中国第二十次全国代表大会上的报告[M].北京:人民出版社,2022.

  (作者简介:王永红,国防大学军事管理学院副教授;武运鹏,国防大学国家安全学院副教授;赵亚娟,国防大学教研保障中心工程师)


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