量子技术的军事应用

发布时间：2023-03-28 08:54:14 所属栏目：动态来源：

导读：报告是兰德公司一组简短分析报告之一，这些分析报告主要针对关键的新兴技术，并对其在世界各地的发展提供了看法。这些分析涵盖了量子技术、提高人类性能的技术、半导体、人工智能和网络安全的交叉点、深度造假（deep

报告是兰德公司一组简短分析报告之一，这些分析报告主要针对关键的新兴技术，并对其在世界各地的发展提供了看法。这些分析涵盖了量子技术、提高人类性能的技术、半导体、人工智能和网络安全的交叉点、深度造假（deepfake）的产生和检测，以及使用专利数据来协助理解新兴技术的全球趋势。本报告的重点是量子技术。本报告简短的技术分析从公开资料中获得，以提供技术现状的概览，合理的演变，以及正在研究该技术的思想领袖、公司、研究所和国家（特别关注美国潜在对手的前景）。

量子力学是一种描述微观物质运动方式的学科。在小于几纳米（10-9米）的距离尺度上，根本性的物理效应变得很重要，这与人类的日常经验没有可比性。工程师们现在开始能够创造若干种利用这些效应的设备，以便远远超过现有设备的能力。

量子技术是一个广泛的概括术语，涵盖了各种类型的装置，其中许多仍处于早期实验阶段。量子技术通常被归为三大类：量子传感、量子通信和量子计算。量子传感最接近商业部署，但潜在的颠覆性影响最小；而量子计算距离商业部署最远，然而潜在的颠覆性冲击是最明显的。

量子传感和计量学（（Degen, Reinhard, and Cappellaro, 2017；Bowler, 2019））指的是使用量子力学来构建极其精确的传感器能力，该应用被认为是最接近于商业潜力的量子技术。

量子传感技术的一种应用包括能够对经过的时间、加速度或电场、磁场或重力场进行高度敏感测量的探头。高度精确的时钟可以有商业应用，如验证高频金融交易和动态调节智能电网。敏感的重力计可用于地震和火山爆发的地震学预测，用于石油和天然气储量的地下勘探，或用于评估主要建筑项目下方的地面稳固性，而无需挖掘钻孔（Bowler,2019）。2制造汽车零部件和其他精密工业技术的德国博世（Bosch）公司正在研究将量子加速计纳入汽车，特别是自动驾驶汽车的可能性。量子磁力计也可以在生物医学上应用——例如用于改进磁共振成像（MRI）和正电子发射断层扫描（PET）扫描仪（Palmer, 2017）。

量子传感的另一种应用，主要是在军事方面，在GPS无法使用的环境中进行导航（Kramer, 2014；Tucker, 2014）。地球的引力场和磁场有微小的变化，被称为异常，这些异常在不同的地方也不同。敏感的重力计或磁力计可以精确地测量当地的场，并与这些异常的地图进行比较，从而在不需要任何外部通信的情况下进行导航（Jones, 2014）。同样，改进的加速度计可以实现独立的惯性导航系统（INSs）。英国的一位国防实验室研究人员估计，这些定位、导航和授时（PNT）的量子技术应用可以使潜水艇固定位置的精确度比目前可能的高1000倍（Marks, 2014）。由于这种导航技术完全基于操作车辆内部的，它不需要外部通信，不能被截获，而且极难被干扰。然而，磁场导航的一个缺点是，需要提前绘制出预导航区域内的磁场，这在被拒止的地区可能是一个挑战。此外，由于磁场导航系统的精度较低，因此它不能用于军事目的。但是，它可以用于航空航天领域，例如，可以用于飞机的自动驾驶仪。

另一类量子传感被称为量子成像（Genovese, 2016；Pirandola et al., 2018），其中包括对可见光和射频辐射（即，雷达）的检测。其中两个最有前途的应用被称为幽灵成像和量子照明（ghostimagingandquantumillumination）。

幽灵成像利用光的独特量子特性，使用非常微弱的照明光束来探测远处的物体，被成像的目标很难发现（Meyers, Deacon, and Shih, 2008；Shapiro, 2008; Hardy and Shapiro, 2013）。幽灵成像光束也可以穿透大气中的遮蔽物，如烟雾和云层。开发该技术的美国陆军研究实验室的研究人员建议将幽灵成像用于从地面、无人驾驶飞行器或卫星的长距离情报、监视和侦察。除了明确的军事应用外，穿透烟雾和云层的能力对于天气监测或灾难响应（例如，监测野火的蔓延）也很有用。这项技术在穿过烟雾或强烈的大气湍流时可能特别有效，并且已经公开演示了2.33千米的距离（陆军研究实验室，2013）。

（编辑：汽车网）

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