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量子計算:未來戰爭“顛覆者”

責任編輯:editor006

作者:張文 張乃千 蘇傳宸

2017-02-24 16:50:24

摘自:中國軍網

隨著量子信息技術越來越廣泛地應用于軍事領域,掌握了量子技術的軍隊,可在戰爭爆發時巧用技術代差“致盲”對手,達到出奇制勝的戰略目的。

隨著量子信息技術越來越廣泛地應用于軍事領域,掌握了量子技術的軍隊,可在戰爭爆發時巧用技術代差“致盲”對手,達到出奇制勝的戰略目的。

1月18日,世界上第一顆空間量子科學實驗衛星墨子號完成在軌測試任務,正式交付用戶單位使用。不久前,英國薩塞克斯大學聲稱設計了一份大型量子計算機的技術藍圖……作為人類未來的“最強大腦”,量子學科不同于人們熟知的經典物理學,以量子力學為理論基礎發展而來的量子信息技術,將在信息計算、密碼安全、高速通信、生物醫學、氣象模擬和智能傳感等領域發揮重要作用。

電子計算迎來“新浪潮”

自1946年世界上第一臺計算機誕生以來,人類戰爭形態迅速實現了由機械化戰爭向信息化戰爭轉變。但隨著電子信息技術的進一步發展,摩爾定律提出的“每18個月計算能力翻倍”將在未來20年之內達到極限,電子計算的瓶頸愈發凸顯。為避免電子計算發展能力“枯竭”,世界各軍事大國都相繼開展新一代計算技術的探索工作,其中最為耀眼的“明珠”當屬量子計算。

量子計算的存儲能力驚人,一枚由250個原子構成的量子存儲器,可存儲的數據量將達到2的250次方,其數量比宇宙中已知的全部原子數目還要多。最新一代量子計算機可以使用1000個量子比特位,相當于是“1000進制”的計算機。

美國國防部高級研究計劃局專門制定了“量子信息科學和技術發展規劃”和研發量子芯片的“微型曼哈頓”計劃,加速推進量子信息技術的實際應用。此外,法、德、日、瑞典等國軍隊也相繼制定并實施了一系列發展量子信息技術的計劃。我國科學家在世界上首次實現的對光晶格中超冷原子自旋比特糾纏態的操縱,向基于超冷原子的可擴展量子計算邁出了重要一步。

量子加密解密“有絕招”

密碼是確保信息安全的重要手段,更是各國政府和軍隊信息對抗的焦點。現代密碼學使用的加密算法,通過密鑰來改變和偽裝信息數據并進行還原。然而,傳統加密算法都是可以破解的,即使是再復雜的密鑰也可以利用高速計算機找到答案。這種加密算法已成為高懸在信息安全上方的“達摩克利斯之劍”,時刻威脅著國防、金融等領域安全。

理論上,使用量子密鑰加密的通信系統不可能出現盜聽現象,因為量子通信提供了一種不可截獲和破譯的絕對安全新型密碼體制。量子保密通信利用量子疊加原理,將量子的多個分身作為安全通信的密鑰,一旦該密鑰被竊聽或測量,量子的其他分身態會隨即消失。竊聽者的存在會引入額外誤碼,信息發送方和接收方都可以迅速測量到這一變化,從而中斷該次密鑰傳輸,有效抵抗針對密碼系統的截取重發攻擊,具有極高的密碼安全性。

量子計算不僅可以確保自身通信安全,更可用來輕松破解現有密碼體系。計算機技術的快速發展,使得密碼破譯的難度逐漸降低,尤其是利用了并行性原理的量子計算,可快速破譯以因式分解算法為基礎的密碼體系。據估算,采用了“量子搜尋算法”的量子計算機,破解密碼時間僅僅只有不到4分鐘,而電子計算機則需要1000年。

駛入戰場信息“高速路”

作為量子計算又一重要應用領域,量子通信是將量子比特用作信息傳輸載體的新型通信技術,具有信息存儲容量大、安全性高、傳輸速度快等突出特點。可充分滿足未來一體化聯合作戰需求,實現各戰場空間和軍兵種高效互聯互通,將在戰場安全密鑰、數據加密、信息隱藏和身份認證等領域得到廣泛應用。

與傳統通信技術相比,量子通信與傳播介質無關,可在諸如深海等特殊環境下實現遠距離通信。更為重要的是,量子通信信道容量大、通信速率高、隱態傳輸安全性好,可充分滿足戰場條件下對保密通信的迫切需求,將直接駛入戰場信息“高速路”。

當前,軍用量子通信系統已經初現端倪。通過與地面的光纖量子通信網絡協同工作,多顆組網量子通信衛星將構建空間廣域量子保密通信網絡。未來,量子通信技術將構建跨區域范圍甚至是全球范圍的量子通信網絡系統,并具有極高的通信安全保障。

構建智能作戰“大舞臺”

隨著世界新軍事革命的蓬勃發展,軍事物聯網和各類信息終端將成為信息化軍隊作戰和指揮神經中樞。同時,戰場偵察、指揮協同、目標預警、裝備操控和后勤保障都離不開戰場智能系統的有效支持。由量子糾纏和疊加特性發展而來的量子雷達、量子傳感等全新技術,將有助于實現全天候、反隱身和抗干擾作戰,構建起未來智能作戰“大舞臺”。

在微觀世界中,有共同來源的兩個微粒之間也存在著相互糾纏的關系。利用量子糾纏理論,量子雷達可將量子信息調制到雷達信號中,靈敏度遠高于傳統雷達,是未來戰場洞察各類隱形目標的“順風耳”。利用量子光場實現高分辨率成像的量子成像技術,可在沒有目標的光路上得到探測目標的圖像,在戰場上具有巨大的應用前景。作為感知戰場環境的新型“聽診器”,量子信號對環境變化具有極高的敏感性,利用該技術發展的量子傳感為提高測量精度提供了新的應用方案。

此外,由于量子技術強大的計算能力,將在戰場人工智能、軍事網絡大數據、戰場氣象預報和智能作戰裝備學習中發揮重要作用,是當之無愧的未來戰爭“顛覆者”。可以說,只有正確面對量子技術帶來的機遇與挑戰,牢牢抓住下一代戰爭的變革主因素,才能在未來戰爭中占據先機和主動。

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