美国军方在“量子战”上的考量与布局

摘要：量子前哨与中关村产业研究院联合创作，针对全球范围内的量子信息科技，尤其是量子计算产业化方面的国家政策、技术脉络、活跃企业以及知名科学家等内容，进行系统性的介绍，以飨读者。这是此系列文章的第十七篇。

美国量子技术的资金来源有多种，其中最大的“投资人”之一是美国军方。

几十年来，美国军方一直在研究量子技术，项目最早可以追溯到 1950 年代。在远程导航、隐身或情报方面，量子技术可以使军方比其他国家具有明显的优势。事实上，量子技术已成为美国军方关注的一个重要焦点，且已被国防科学委员会 (DSB) 采用。DSB 是美国国防部 (DOD) 内的一个独立委员会，最初创建于1956年，其目标是组建一支专业的科学家顾问团队，为国防部及美国军方提供科学研究建议，并辅助提供最新的科学知识。

当然，DSB 并不是美国军方用来研究量子技术的唯一机构。美国军方已经制定了一些专门针对这项研究的立法文件。例如，F42019 国防授权法案 (NDAA) 第 234 节指示，国防部长及国防部副部长、私营部门、其他政府团体共同制定了量子技术研究和开发工程计划。除了这项立法，2020 财年 (NDAA) 第 220 节要求，国防部制定使用量子技术的“道德准则”与量子人才规划，并降低可能由于使用量子技术而导致的任何网络安全风险。美国军方不仅要为这项研究提供资金，而且还要在使用这项技术时规范道德准则。

量子通信（图片来源：网络）

量子传感和隐身

量子传感是一个很难完全解释的话题，因为大部分研究仍在进行中。量子传感的工作原理是利用量子力学的特性来突破当前传感器技术的限制。很多时候，量子传感使用光子或单个原子来等更先进的技术，更敏感，数据更精确。根据美国国防部高层官员的说法，量子传感技术可以使地处极其偏远的地区更容易使用 GPS 和其他导航工具。因为在这些地区，GPS 导航几乎是无效的。而这种量子传感还可用于检测电磁辐射，从而增强军队的电子战能力。

根据美国海军研究所 (USNI) 的说法，量子传感可用于提高对潜艇、隐形飞机等的探测能力，特别对多个目标的探测能力。例如2018 年，中国电子科技集团公司 (CETC) 推出了一种原型雷达，据称可以检测飞行中的隐形飞机。

在麻省理工学院技术评论文章中， 洛克希德·马丁公司提议为美国海军制作量子罗盘方便导航。这个量子罗盘将由具有原子缺陷的微观合成钻石制成。这些原子缺陷，也称为氮空位中心（NV色心），当激光照射在它们上时会发光，其光强能根据周围的磁场而变化。利用地球的磁场，这种光的变化可以用来增强美国海军的导航能力，尤其是在极其偏远的战区。

量子计算和武器

除了量子传感，美国军方还大力研究如何使用量子计算机来增强他们武器的威力。与普通计算机不同，量子计算机使用专门的部件来运行算法，并可以极高速回答极其困难的数学计算问题。量子计算机对战争应用有很多好处，包括更好地识别自主武器的目标。美国国防部高层官员假设量子计算机可以使军用武器完全自主，无需任何人为交互。

量子计算机在运行兵棋模拟方面也很有效。军方可以使用这些模拟来演示军事部署、可能的战略和其他场景，以制定更好的战争战略。

量子通信和数据加密

量子通信是 DSB 讨论的最后一个主题，对于军事应用来说可能是最重要的一方面。量子通信类似于量子信息处理和量子隐形传态，但特别侧重于加密。一种加密类型称为量子密钥分发 (QKD)：QKD 通过在两个人之间共享加密密钥来工作，因此双方都可以使用该密钥来解密加密数据。这种加密可以使所有军事数据和战略更加免受可能的泄漏。此外，QKD还可以确定是否有人试图侵入加密数据。

美国国家标准研究院 (NIST) 的 Joshua Bienfang 博士表示：“QKD 是有点像一封信上的蜡封，安全性基于知道是否有人在窃听量子信道，这与经典的密钥分发方法有着根本的不同。”

2021年，中国发射了世界上第一颗量子卫星，量子通信首次亮相。“墨子号”卫星已经能够使用QKD加密敏感信息，例如北京和维也纳之间的视频会议。美国是否会发射自己的量子卫星作为回应，目前尚未公开宣布。显而易见的是，美国军方将继续使用量子技术来增强其相对于其他国家的优势。只要量子物理学不断进步，军方就会紧随其后，想出不同的方法来应用这种新现象。

发布作者：Kenna Castleberry

编译：慕一

编辑：王珩

注：本文编译自“The Quantum Daily”，文章中的信息或所表述的观点意见，均不代表量子前哨同意或支持。

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