《福布斯(Forbes)》:新一轮的国际竞争将会是量子科技之战
2月13日,美国财经商业媒体《福布斯(Forbes)》就近期热点问题发表观点[1]:未来的国际竞争将聚焦于量子技术领域的科技之战。报告详细内容如下。福布斯认为,美国一直寻找利用量子技术进行战争的新方法,无论是开发更强大的计算机、支持GPS、加强通信安全,还是创建能够更好地探测潜艇和地下掩体的监视手段。这是非常紧迫的,因为中国也在大力投资发展这些能力。在与中国的技术竞赛中,五角大楼增加了包括量子科学在内的许多领域的研发支出。2022财年,政府机构用于量子研发的支出为9.18亿美元,高于2019财年的4.49亿美元。空军实验室、国防高级研究计划局(DARPA)和海军研究办公室是主要资助者。他们的贡献得到了越来越多的风险投资的补充。根据Pitchbook的数据,美国量子创业公司在2022年吸收了8.7亿美元的资金,几乎是2020年的两倍。国防部评估了一系列量子技术的成熟度和预期军事影响。国防部认为,有用的量子计算机可能还需要十年甚至更长时间才能实现,但是一些关于控制单个原子和光子的基础研究即将被用于制造更准确的传感器,包括追踪运动的加速度计和陀螺仪,以及探测重力和磁场小变化的设备
2月13日,美国财经商业媒体《福布斯(Forbes)》就近期热点问题发表观点[1]:未来的国际竞争将聚焦于量子技术领域的科技之战。报告详细内容如下。
福布斯认为,美国一直寻找利用量子技术进行战争的新方法,无论是开发更强大的计算机、支持GPS、加强通信安全,还是创建能够更好地探测潜艇和地下掩体的监视手段。这是非常紧迫的,因为中国也在大力投资发展这些能力。在与中国的技术竞赛中,五角大楼增加了包括量子科学在内的许多领域的研发支出。2022财年,政府机构用于量子研发的支出为9.18亿美元,高于2019财年的4.49亿美元。空军实验室、国防高级研究计划局(DARPA)和海军研究办公室是主要资助者。他们的贡献得到了越来越多的风险投资的补充。根据Pitchbook的数据,美国量子创业公司在2022年吸收了8.7亿美元的资金,几乎是2020年的两倍。
国防部评估了一系列量子技术的成熟度和预期军事影响。国防部认为,有用的量子计算机可能还需要十年甚至更长时间才能实现,但是一些关于控制单个原子和光子的基础研究即将被用于制造更准确的传感器,包括追踪运动的加速度计和陀螺仪,以及探测重力和磁场小变化的设备。2017年中国在量子磁学方面取得突破性进展的报道引起了人们的猜测[2],认为它可能能够部署机载设备来探测几英里外的水下潜艇。许多专家对此持怀疑态度,但从长远来看,量子重力仪和磁力仪将能够更准确地绘制地下特征,如石油和矿藏、地下水位、掩体和隧道等。
安全加密
美国国家安全内部人士认为,有些国家正在从美国收集加密通信和其他敏感数据,并将其存储到量子计算机强大到足以破解其加密的那一天。去年,拜登政府和国会采取行动,推动政府机构向新的“抗量子”加密算法过渡,这些方法被认为是量子计算机无法破译的。
中国正在对密码被量子技术破解的威胁采取不同的策略。目前,中国已经开发了连接主要城市的数千英里的光缆网络,通过光子分发随机量子密钥,以确保通信安全。由于量子力学的性质,人们相信任何试图监听这种网络的行为都会改变光子、引起用户注意。中国也是第一个通过卫星演示量子密钥分发的国家。在这些努力的基础上,中国在量子通信方面领先于美国,兰德公司的研究人员写道,美国在量子计算方面处于领先地位,但在传感方面是否有优势尚不清楚。
时频测量和量子导航
目前卫星GPS只能估计到3米以内的位置。量子技术将允许更高精度。在实验室里,科学家们已经研制出了基于光学激光器的更精确的、房间大小的原子钟,这些原子钟将在数十亿年后偏移一秒。Vector Atomic是少数几家致力于开发更小、更坚固的时钟以供日常现场使用的公司之一,他们追求可靠性和实用性,放弃了实验室的尖端性能。
去年夏天,在多国参与的环太平洋(RIMPAC)海军演习中,这家位于加州的创业公司表示已经证明了舰载光钟的可行性,它们被装在一个相对紧凑的40升容积的设备中,精度在大约一小时后偏差只有10万亿分之一秒。而目前卫星GPS时钟在20秒后就会出现这样的偏差。这种改进可能会带来许多好处。GPS定位系统可以减少地面时钟的卫星更新频率,仍能保持精确度。再加上低地球轨道卫星的配合,GPS信号将更加接近信号接收目标,更精确的定时将使精度提高到厘米级。这意味着GPS可以使无人驾驶车辆保持在既定车道上。
更好的时间同步还可以使移动通信和其他无线网络的利用更加高效,从而将更多用户纳入目前被视为高度拥塞的频谱中。可将便携式原子钟放置在飞机或地面车辆上。这将允许美国军队在战场周围建立临时的局域GPS网络,并使用强大到难以被干扰的通信信号,同时美国可以干扰敌方的空间导航系统,Vector Atomic首席执行官Jamil AboShaeer表示。他曾在2010年至2014年间担任DARPA的量子计划负责人。
该公司已获得超过5000万美元的政府研究合同,但并未接受任何风险投资。目前,该公司正在与海军和DARPA合作,致力于将其原子钟缩小到小于随身行李箱的尺寸。在RIMPAC军演期间,Vector Atomic还展示了一种紧凑型量子重力计,配合标准惯性导航系统使用,能够让海军舰艇在没有GPS的情况下进行导航。该设备通过测量海底地形变化引起的当地重力微小变化来实现。通过将这些测量结果与重力地图进行比较,该设备能够校正船舶惯性导航系统的漂移,确保在三周的使用中能够准确地定位船舶的位置,AboShaeer表示。
该公司相信,在两到三年内,它将能够开始商业化一种节能版本,足够小以适应汽车后备箱。包括总部位于澳大利亚的Q-CTRL在内,还有其他几家公司正在开发量子惯性传感器,Q-CTRL计划与合作伙伴Advanced Navigation于2023年中期进行量子增强导航系统的现场演示。位于科罗拉多州的Infleqtion公司是英国为单个车辆开发量子定位系统项目的参与者。该公司正在为该计划建造的量子陀螺仪将于2024年进行飞行测试。
竞争
兰德公司研究员Edward Parker对《福布斯》杂志说,虽然苏联诞生了20世纪最伟大的理论物理学家,但没有多少迹象表明俄罗斯今天正在发展重要的量子技术。中国在量子技术方面的工作集中在大型国家实验室,Parker说,这可能使其在商业化量子传感器方面与拥有众多私营公司的美国相比处于劣势,“现在量子传感方面真正的进展不一定是实验室工作或学术工作,而是将其投入实际使用。我不清楚他们是否有私营部门来做这种琐碎的工作。”
参考资料: