军事专家:量子技术将引起战争基因突变,颠覆未来战争形态

中国青年报

2017-08-31 12:09

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2016年8月16日,由中国科学家自主研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子”号成功发射入轨,瞄准量子研究领域最前沿的三大科学目标进行攻关。在不到一年时间里,量子卫星项目取得重大突破,提前圆满实现全部预定目标。
近日,在中国科学院新闻发布会上,量子卫星首席科学家潘建伟介绍,继今年6月实现千公里级量子纠缠分发后,我国又在国际上首次成功实现了卫星与地面之间的量子密钥分发和量子隐形传态,这标志着“墨子”号量子卫星预先设定的三大科学目标全部实现。
目前,量子技术已经在探测、通信、计算等领域初显身手,它同样可以广泛应用于军事领域,并有可能引起战争基因的重大突变,通过技术重组或与其他技术融合,对现代战争形态和制胜机理产生深远影响。
特性神奇
量子技术是当前世界上最具颠覆性的前沿技术之一,已经成为世界主要国家进行高新技术竞争的重要领域。
量子是现代物理的重要概念,最早由德国物理学家普朗克在1900年提出。通俗地讲,量子是能表现出某物质或物理量特性的最小单元。就构成物质的最小单元而言,分子、原子、光子等微观粒子都是量子的表现形态。量子具有很多神奇而迷人的特性,如叠加和纠缠等,至今仍是有待被攻关破解的科学难题,但这些神奇的特性已经催生了量子探测、量子通信、量子计算等技术应用领域。
我们知道,宏观世界遵从经典物理学定律,粒子的运动状态、轨迹、位置是确定的。而量子世界遵从量子物理定律,粒子的运动状态、轨迹、位置是概率性的,具有叠加态。量子叠加是指量子不仅可以同时处于不同的状态,还可以处于这些状态的叠加态,即在同一时刻能够同时具有多种状态。
量子叠加特性可以用一个形象的比喻来描述。假设一辆汽车正在向前行驶,而路中间恰好有一块石头,汽车要么从石头左边驶过,要么从石头右边驶过。如果同时架设多部摄像机记录汽车驶过石头的这个瞬间过程,事后检查录像时就会发现,有的摄像机显示车从石头左边经过,有的摄像机显示车从石头右边经过。这在宏观世界简直不可思议,但这就是量子在微观世界中具有的叠加态,即在同一时刻能够同时具有多种状态。
此外,历史上最怪异、最疯狂、最神奇的量子力学预测便是量子纠缠。量子纠缠是指相互独立的粒子可以完全“纠缠”在一起,对其中一个粒子进行观测可以即时影响到其他粒子,无论它们之间距离有多远。就算这两个粒子分别处于宇宙的两端,它们同样可以保持这种“默契”——假如量子甲随机选择左,那么量子乙一定会选择右。任何所谓的“心灵感应”,都比不上量子纠缠来得深刻。
正是这些神奇而迷人的特性,使得量子技术具有极大的应用前景,随着量子探测、量子通信、量子计算等关键技术的不断突破和工程化应用,它们一旦进入军事领域,将对未来战争产生重大影响。
量子探测
量子探测主要利用量子纠缠等基本特性实现对目标的感知、测距、定位以及成像等功能。量子探测技术具备突破传统探测技术性能极限的应用潜力,目前研究主要集中在量子雷达、量子导航、量子传感和量子成像等领域。
雷达自20世纪30年代初期问世以来,已经成为军事探测的主要手段之一。其工作原理基于经典电磁理论,即雷达发射的无线电波束照射到目标后会产生回波,雷达接收回波信号并进行处理后即可获取目标的相关信息。但随着综合电子技术的发展,电子干扰、反辐射导弹、低空超低空突防和隐身技术等,对现有技术体制雷达的生存能力和探测能力带来了极大的威胁。
量子雷达是将量子探测技术引入经典雷达探测领域,解决经典雷达在探测、测量和成像等方面的技术瓶颈,以提升雷达的综合性能。量子雷达不但具有更高的灵敏度和探测精度,而且具有更强的抗干扰和抗欺骗能力,从而为准确探测雷达反射截面积(RCS)很小的隐身目标提供了一种新的有效技术途径。
量子雷达的优势主要表现在:一是依靠强大的反隐身技术和极远的探测距离,有可能使几乎所有的空中目标都逃不过量子雷达的探测,从而彻底颠覆隐身飞机的作战优势;二是依据量子雷达的引导,制导武器可以充分发挥其作战潜能。目前,量子雷达已经进入技术原理样机研究和试验阶段,虽然其在工程化方面还面临着诸多的技术难题,但其独有的反隐身目标能力和强大的综合探测能力,已经引起世界各主要国家的高度重视。
量子通信
量子通信技术是利用量子特性特别是纠缠效应等进行信息传递的一种新型通信方式,是近20年发展起来的新型交叉学科,是量子论和信息论相结合的新的研究领域,主要涉及量子密钥分配、量子隐形传态等,近年来已经逐步从理论走向实验,并向实用化发展。我国“墨子”号量子卫星已经率先实现了星地间量子密钥分配、量子隐形传态等技术验证目标。
现代通信在传输方式上分为有线通信和无线通信两种。其最大缺陷,一是信息容易被截获、被窃听;二是现代通信尤其是无线通信信号的稳定性和通信不间断性无法保证,容易受环境因素影响;三是经典的信息加密技术面临困境,对称加密体系运算强度大,但密码传输过程存在安全隐患;非对称加密体系仅存在计算安全性,在未来的量子计算机面前不堪一击。
量子通信的优势主要表现在:一是可实现在原理上无条件安全通信;二是量子通信不存在传输延时;三是量子通信不受通信双方之间空间环境影响,隐蔽性强,可实现抗干扰;四是确保信息安全。
军事通信的基本要求是“可靠、保密、不间断”,信息安全是关注的焦点所在,使用量子技术对信息进行加密是目前最有效的方法之一,量子通信正好完全符合这样的特性要求,因而可以打造安全隐蔽的新型军事通信网络。
量子通信的优势在于它颠覆了传统的保密与窃密技术,使军事通信在原理上实现无条件安全和保密。在安全性方面,量子的不可分割性和不可克隆原理,令窃听量子通信必然会被发现;而一次一密、完全随机的加密方式,令加密内容不可破译,因此,量子密钥分配技术和一次一密的加密方式,可以确保军事通信网络的无条件安全通信和保密。
量子通信还可有效弥补水下通信短板,为构建隐蔽性更强、覆盖更广泛的军事通信网络体系提供重大支撑。由于量子通信所需的信噪比同等条件下比其他通信手段低30~40分贝,量子隐形传态通信与传输介质无关,可实现隐蔽通信。
量子计算
量子计算,就是利用量子叠加原理,基于量子相干性,以远超传统电子计算机的速度进行复杂计算的技术。主要涉及量子模型、量子算法、量子计算机等领域。
量子计算的神奇之处是其做到了真正的并行计算与存储。经典计算是以比特(0/1序列)作为信息处理单元,实现串行运算模式,也就是一次只能处理一个数据;而量子计算的处理单元是量子比特,即0和1叠加的量子态——可以同时处理0和1,因而具备真正的并行计算能力。
中国科技大学郭光灿院士曾经形象地指出,“量子计算机与经典计算机在处理能力上的提高相比,就如同现在的计算机与算盘在计算能力上的提高相比一样。”量子计算可以用来解决很多大规模、复杂巨系统计算难题,比如密码分析、气象预报、金融分析等。
战争同样是复杂巨系统,以海量数据为支撑的信息化战争和一体化联合作战,时刻离不开巨量的计算。量子计算应用于军事领域,有助于全面提升作战效能。比如,它可以提高网络空间作战能力。量子计算直接威胁现有的以数学为基础的密钥体系并对其形成整体颠覆,从而突破网络空间作战的密码破译技术瓶颈,全面提高情报获取、分析、对抗等能力。
它还可以提高作战效率。量子计算可以对海量数据进行实时分析处理,进一步提升战争预测、作战方案制订与评估等能力,提高作战规划、指挥决策的效率。
此外,还可提升武器装备研发效率。量子计算可以有效解决高性能、大数据计算问题,加快导弹攻防系统、大型海空作战武器平台、军事航天装备等复杂武器系统的设计和试验进程,提升装备研发效率,为未来战争提供更加尖端、实用的武器装备。
超前谋划
2017年1月18日,我国“墨子”号量子科学实验卫星圆满完成在轨测试任务,正式交付用户单位使用。美国《华尔街日报》以“沉寂了一千年,中国誓回发明创新之巅”为题发表文章,并将“墨子”号卫星作为中国提升科技创新能力的重要标志。如今,我国量子卫星科学研究团队又取得了全新的领先性突破,再度引起国内外科技界的高度关注。
目前,我国在量子通信、量子计算和量子探测等领域都取得了突破性进展,与发达国家差距不大,基本上处于同一起跑线,甚至在量子通信领域已经走在世界前列。中国科学院院长白春礼2017年4月10日透露,中科院正在研制中国首台量子计算机,预计最近几年有望研制成功,科学家已经能够对单粒子和量子态进行调控,开始从“观测时代”走向“调控时代”。
国务院2016年3月发布《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》,把量子通信和天地一体化信息网列入十大重点推进项目中,将极大地推动量子通信的大规模建设和应用。量子通信的安全、高效以及国家在量子通信领域的逐步推进,也让市场对于量子通信的前景充满了期待。计划到2020年,我国将实现亚洲与欧洲的洲际量子密钥分发。计划到2030年左右,我国将建成全球化的广域量子通信网络。初步建成的“京沪干线”连接北京、济南、合肥、上海,全程2025公里,是世界首例千公里级、高可信、可扩展的广域光纤量子通信网络,将用于金融、政务等领域数据、信息的远距离安全传输。据报道,第一个商用量子通信专网——济南党政机关量子通信专网近日已经完成测试,保密性、安全性、成码率的测试均达到设计目标,整套网络计划8月底正式投入使用。
从科技与军事变革角度来说,以电子技术为主导的信息技术诱发了当前尚在持续深化发展之中的新科技革命,催生了从机械化到信息化的军事革命,信息化战争形态正在取代传统的机械化战争形态;而量子技术一旦取得成功,很可能会取代电子技术而主导新一轮科技革命,引起战争基因的突变,深刻改变未来战争的制胜机理,促进战争形态从信息化战争向智能化战争演变。
为此,我们必须增强科技理解力和敏锐性,高度关注量子技术的发展与运用,超前统筹谋划,持续加大投入,以科技创新推动战斗力生成模式转型发展,在迎接新军事革命的挑战中赢得先机,牢牢掌握战略主动权。
作者葛立德、裴帅,工作单位:国防大学
(原标题:量子技术将如何颠覆未来战争形态)
责任编辑:杨漾澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 量子技术,量子通信,量子计算

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