中美量子军备竞赛意味着什么

在冷战高峰时期,美国军事规划人员开始担心苏联和其他国家的新型雷达制导导弹防御系统对美国战机造成的威胁。作为回应,美国国防巨头洛克希德·马丁公司著名的“臭鼬工厂”等工程师加强了隐形技术的研究工作,这种技术可以保护飞机免受敌方雷达的窥探。

所产生的创新包括使雷达波偏转的不寻常形状 — 如美国 B-2 轰炸机的“飞翼”设计 — 以及碳基材料和新型涂料。隐形技术还不像哈利波特般的隐形斗篷:即使是今天最先进的战机仍然会反映出一些雷达波。

但是这些信号非常小而且微弱,它们会在背景噪声中隐去,从而使飞机不会被发现。

此后中国和俄罗斯已经拥有自己的隐形飞机,但美国的仍然更好。它们使美国在2003年开始的伊拉克战争等毁灭战中拥有发动突袭的优势。

这一优势现在受到了威胁。 2018年11月,中国最大的国防电子公司中国电子科技集团公司(CETC)推出了一款原型雷达,声称可以探测到飞行中的隐形飞机。该雷达利用一些奇异的量子物理现象来帮助揭示飞机的位置。

它只是可以改变战争面貌的几种量子启发技术中的一种。除了找飞机之外,它们还可以增强战场通信的安全性并影响潜艇的导航能力。对这些技术的追求正在引发美中之间的新军备竞赛,将新兴的量子时代看作是一个千载难逢的机会,以获得其军事技术优势。

量子进步如何快速影响军事力量将取决于 Jonathan Baugh 等研究人员的工作。 Baugh 是加拿大滑铁卢大学的一名教授,他正在开发一种设备,该设备是开发量子雷达的更大项目的一部分。其目标用户是:由北美航空航天防御司令部负责的北极站,或美国 — 加拿大联合组织的 NORAD。

Baugh 提醒说,仍然存在巨大的工程挑战。这些挑战包括开发高度可靠的纠缠光子流和构建极其敏感的探测器。很难知道 CETC 是否已经在2016年做到了让雷达能够探测到距离100公里外(62英里)的物体,是否已经解决了这些挑战; 技术细节是秘密。

麻省理工学院教授赛斯·劳埃德(Seth Lloyd)发明了支撑量子雷达的理论,他表示,在缺乏确凿证据的情况下,他对中国公司的主张持怀疑态度。但是,他补充说,量子雷达的潜力不容置疑。当最终部署功能完备的设备时,它将标志着隐形时代的结束。

CETC 的工作是中国长期致力于成为量子技术领域世界领导者的一部分。该国正在为大学的新量子研究中心提供慷慨的资金,并建立一个定于2020年开放的量子科学国家研究中心。它已经在量子通信和密码学专利方面超越了美国(见图表)。

美国智库新美国安全中心(CNAS)于2018年9月发表的一项关于中国量子战略的研究指出,中国人民解放军正在招募量子专家,而像中国船舶重工集团这样的大型国防工业公司(CSIC)正在大学里建立联合量子实验室。然而,很难讲哪些项目具有军事价值。 “这里存在一定程度的不透明和含糊不清,其中一些可能是故意的,”CNAS 研究的合著者Elsa Kania说。

国会负责审查特朗普政府防务战略的委员会于2018年11月发布了一份报告,警告说美国的优势 “在关键领域已经大大减少”,并呼吁对新的战场技术进行更多投资。

其中一种技术可能是量子通信网络。中国研究人员已经建造了一颗卫星,可以在遥远的地点之间发送量子加密的信息,以及在北京和上海之间延伸的地面网络。这两个项目都是由科研人员开发的,但技术诀窍和基础设施很容易适应军事用途。

位于马里兰州阿德菲的美国陆军研究实验室的一个研究小组正在研究一种称为量子隐形传态的方法。这涉及使用纠缠在发送方持有的量子位和接收方持有的量子位之间传输数据,使用的是一种虚拟的,一次性的量子数据线。 (这里有更详细的描述)该技术仍局限于实验室,但该团队表示,它现在足够强大,可以在外面进行测试。

中国可能不久就会测试自己的量子隐形传送系统。研究人员已经建立了光纤网络,将从澳门附近的珠海市延伸到香港。

研究人员还在探索使用量子方法为军队提供更准确、更加万无一失的导航工具。美国的飞机和海军舰艇已经依靠精确的原子钟来帮助跟踪它们的位置。但他们也依赖于全球定位系统(GPS),这是一个绕地球轨道运行的卫星网络。这会带来风险,因为敌人可以伪造或“欺骗” GPS 信号。

军队使用量子技术仍处于早期阶段。无法保证它们在规模上或在绝对可靠性和至关重要的冲突情况下都能很好地工作。但如果它们确实成功,量子加密和量子雷达可能会产生特别大的影响。破译密码和雷达帮助改变了第二次世界大战的进程。而量子通信可能会使窃取秘密消息变得非常困难或者根本不可能。量子雷达可以使隐形飞机像普通飞机一样可见。这两件事都会改变游戏规则。

现在判断究竟是中国还是美国会在量子军备竞赛中脱颖而出、或者它是否会导致冷战式的僵局,都还为时尚早。但中国正在投入量子研究的资金标志着该国是如何领先的。

The US and China are in a quantum arms race that will transform warfare: Radar that can spot stealth aircraft and other quantum innovations could give their militaries a strategic edge. It’s also too early to tell whether it will be China or the US that comes out on top in the quantum arms race — or whether it will lead to a Cold War–style stalemate. But the money China is pouring into quantum research is a sign of how determined it is to take the lead.

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