量子技術是量子物理與信息技術相結合發(fā)展起來的新興學科,涉及計算機、信息、導航、能源等多個應用領域。近年來,隨著量子技術的快速發(fā)展,量子技術的應用已經成為各領域的研究重點,尤其是量子技術在軍工領域的應用更是受到了世界各國的高度重視,成為世界大國的重點發(fā)展對象。量子技術被認為是有潛力改變戰(zhàn)爭行為和戰(zhàn)爭結果的新興技術,推動了全球性的軍事變革和戰(zhàn)爭形式變化。
量子一詞來自拉丁語quantus,意為“有多少”,代表“相當數(shù)量的某物質”。自從普朗克提出量子這一概念以來,經愛因斯坦、玻爾、德布羅意、海森伯、薛定諤、狄拉克、玻恩等人的完善,在20世紀的前半期,初步建立了完整的量子力學理論,絕大多數(shù)物理學家將量子力學視為理解和描述自然的基本理論。
20世紀80年代,法國物理學家艾倫·艾斯派克特和他的小組成功完成一項實驗,證實了微觀粒子之間存在一種被稱作“量子糾纏”的關系,而在量子技術領域取得較大進展的兩個方向——量子通信和量子計算,都利用了量子糾纏效應。
量子通信的概念最早由美國科學家貝內特于1993年在量子糾纏理論基礎上提出,隨后6位來自不同國籍的科學家基于量子糾纏理論,提出量子隱形傳送方案。自此,量子通信技術得以發(fā)展。量子通信是利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型通信方式,其保密性大于傳統(tǒng)通信方式。
量子計算的概念最早由美國阿崗國家實驗室于20世紀80年代初提出。量子計算遵循量子力學規(guī)律,利用量子疊加和糾纏等物理特性,以微觀粒子構成的量子比特為基本單元,通過量子態(tài)的受控演化實現(xiàn)計算處理。與傳統(tǒng)計算機相比,量子計算機能實現(xiàn)算力呈指數(shù)級規(guī)模拓展和爆發(fā)式增長,因此傳統(tǒng)計算機需100年計算的問題,量子計算機僅需數(shù)秒即可完成。2019年10月美國谷歌公司宣稱,該公司領銜的團隊成功運用一個包含53個有效量子比特的處理器,在短時間內完成目前最強的傳統(tǒng)計算機1萬年才能完成的計算任務。
量子計算技術,快速分析處理戰(zhàn)場數(shù)據(jù)。隨著現(xiàn)代戰(zhàn)場在空間上的拓展,復雜多樣的戰(zhàn)場信息傳感器遍布陸、海、空、天、網、電空間,各類情報偵察與監(jiān)視預警信息呈指數(shù)式增長,產生的海量信息數(shù)據(jù)超出了情報分析員們的能力范圍,導致戰(zhàn)場信息收集不及時、有效信息產出時效性低、反饋失誤等問題。而以海量數(shù)據(jù)為支撐的信息化戰(zhàn)爭和一體化聯(lián)合作戰(zhàn),時刻離不開海量計算。量子技術為處理戰(zhàn)場大數(shù)據(jù)提供了新方法,量子計算具有并行運算優(yōu)勢,可實現(xiàn)對戰(zhàn)場海量數(shù)據(jù)的快速匯聚與實時分析,全面掌握戰(zhàn)場態(tài)勢,加強戰(zhàn)爭預測、作戰(zhàn)方案制定與評估,實現(xiàn)戰(zhàn)場智能化、網絡化升級。
量子通信技術,構建安全快速高效的軍事信息通信。未來戰(zhàn)場涉及空間極其廣闊,涵蓋物理、信息、認知、社會等多個領域,要想在多維戰(zhàn)場實現(xiàn)精準高效地組織籌劃和指揮控制,軍事信息通信需要更加安全、更加快速、更加高效、更加可靠。量子通信以其無法竊聽的“安全性”、近無時延的“超高速”、高效率的“超容量”、高可靠的“抗干擾”等性能,恰好滿足了未來戰(zhàn)場對軍事信息通信的安全性、實時性、大容量等關鍵指標的新要求,軍用量子通信技術的研發(fā)運用將成為搶占未來戰(zhàn)場制信息權的關鍵一招。
量子密匙技術,增強軍事網絡信息保密性。作為軍事保密通信領域的“明日之星”,量子密鑰技術在最近幾十年得到快速發(fā)展,量子密鑰可以構建復雜的密碼系統(tǒng)。由于對量子態(tài)進行測量將會改變最初的量子態(tài),通過量子密鑰建立的密碼可以第一時間發(fā)現(xiàn)密碼被竊取,從而有效抵抗針對密碼系統(tǒng)的攻擊,具有極高安全性。量子密鑰更成為引領未來軍事革命的顛覆性、戰(zhàn)略性技術。
量子定位技術,提高軍事導航定位精度。量子技術有望顯著改善定位、導航和授時系統(tǒng),特別是慣性導航,其基礎是具有高時間測量精度的量子時鐘,這對全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)和授時的發(fā)展至關重要。量子慣性導航系統(tǒng)由量子3D陀螺儀、加速度計和原子時鐘組成,其中最成熟的是上世紀60年代開發(fā)的原子時鐘,這使得量子慣性導航成為最成熟的量子技術之一,飛機、戰(zhàn)車、艦艇等武器平臺在量子加速器和量子陀螺儀的輔助下,可充分發(fā)揮量子導航設備精度高、重量輕的優(yōu)勢。另外,使用量子導航系統(tǒng),武器平臺無需定期通過導航衛(wèi)星校正位置。
量子技術發(fā)展具有重大的科學意義和戰(zhàn)略價值,是一項對傳統(tǒng)技術體系產生沖擊、進行重構的重大顛覆性技術創(chuàng)新,將引領新一輪科技革命和產業(yè)變革方向。從軍事應用的角度考量量子技術可能引發(fā)的新軍事變革,研究由此帶來的作戰(zhàn)樣式深刻變化,引發(fā)的戰(zhàn)爭形態(tài)演變以及對國際軍事均衡的巨大沖擊,無疑具有很強的戰(zhàn)略和前瞻意義。
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原文標題:淺析量子技術在軍事領域的應用
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