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量子技术如何改写未来通信规则

2020-05-22 02:09:37来源:励志吧0次阅读

随着量子信息技术越来越广泛地应用于军事领域,掌握了量子科学的军事力量,在战争爆发时可以利用技术代差增强己方信息能力,改写未来战争规则,达到出奇制胜的战略目的。

近日,由我国自主研发的首颗量子科学实验卫星 墨子号 成功发射升空,这将为我国领域发展作出重要贡献。量子科学不同于人们熟知的经典物理学,是以量子力学为理论基础发展起来的量子信息技术,将在量子计算、高速通信和智能传感等领域发挥重要作用。

随着量子信息技术越来越广泛地应用于军事领域,掌握了量子科学的军事力量,在战争爆发时可以利用技术代差增强己方信息能力,改写未来战争规则,达到出奇制胜的战略目的。

1电子计算迎来变革

自1946年世界上第一台计算机 ENIAC 诞生以来,人类战争形态迅速实现了由机械化战争向信息化战争转变的质变。但随着电子信息技术的进一步发展,摩尔定律提出的 每18个月计算能力翻倍 将在未来20年之内达到极限,电子计算的瓶颈愈发凸显。

为避免电子计算发展能力 枯竭 ,世界各军事大国都相继开展新一代计算技术的探索工作,其中最为耀眼的 明珠 当属量子计算。量子计算利用量子态的叠加性进行信息的编码、存储和计算,基本信息单位是量子比特。由此构成的量子计算机,可存储和处理量子信息、进行量子算法运算,具有存储能力强、运算速度快等突出特点。电子计算与量子计算相比,就好比一叶孤舟与百舸千帆,量子计算带来的信息计算 新浪潮 ,由此可见一斑。

量子计算的存储能力惊人,一枚由250个原子构成的量子存储器,可存储的数据量将达到2的250次方,其数量比宇宙中已知的全部原子数目还要多。此外,通过采用特定算法,量子计算机的计算速度可达到目前计算性能最快的电子计算机的数亿万倍。计算机技术的快速发展,使得密码破译的难度逐渐降低,尤其是利用了并行性原理的量子计算,可快速破译以因式分解算法为基础的密码体系。据估算,采用了 量子搜寻算法 的量子计算机,破解密码时间仅仅不到4分钟,而电子计算机则需要1000年。

一旦量子计算投入军事应用,不仅可以针对海量情报数据进行实时分析处理,而且能显著提升作战评估与决策能力,更有效地解决大数据计算问题,加快导弹系统、军用航天航海设备等复杂武器系统的设计和试验进程,有效提升武器装备的研发效率。

早在20世纪70年代,英国和美国就开始了量子计算领域的研究工作。201 年,加拿大研制的512量子比特 D-Wave II 量子计算机通过测试,并开始服务于美国国家航空航天局的量子人工智能实验室。美国国防部高级研究计划局专门制定了 量子信息科学和技术发展规划 、研发量子的 微型曼哈顿 计划,加速推进量子信息技术的实际应用。此外,法、德、日、瑞典等国军队也相继制定并实施了一系列发展量子信息技术的计划。

2提质战场通信网络

保密通信是确保信息安全的重要手段,更是各国政府和军队信息对抗的焦点。现代密码学使用的加密算法,通过密钥来改变和伪装信息数据并进行还原。然而,传统加密算法都是可以破解的,即使是再复杂的密钥也可以利用高速计算机找到答案。这种加密算法已成为高悬在保密通信上方的 达摩克利斯之剑 ,时刻威胁着国防、金融等领域保密通信系统的安全。

5月25日,在中科院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心内的量子模拟实验室,工作人员正在调试超冷原子光晶格平台的激光伺服系统。该平台可以人工操纵冷原子的量子状态,从而模拟一些难以操纵的、复杂物理系统的机制。

在现代军事应用领域,各国军队围绕密码破译与反破译的斗争早已进入 白热化 阶段,量子密钥更成为引领未来军事革命的颠覆性、战略性技术。理论上使用量子密钥加密的通信系统不可能出现盗听现象,提供了一种不可截获和破译的绝对安全的新型密码体制。未来,依托量子密钥技术将可组建高安全等级的保密通信网络,在信息化战场、国防建设等领域将有广泛应用前景。

作为保密通信领域的 明日之星 ,量子密钥技术在最近几十年得到长足发展。利用诸如电子自旋状态和光子偏振状态的量不确定性和概率性,量子密钥可以构建复杂的密码系统。量子保密通信利用量子叠加原理,将量子的多个分身作为安全通信的密钥,一旦该密钥被窃听或测量,量子的其他分身态会随之消失,窃听者的存在会引入额外误码,信息发送方和接收方都可以迅速测量到这一变化,从而中断该次密钥传输,有效抵抗针对密码系统的截取重发攻击,具有极高的保密安全性。

量子通信是将量子比特用作信息传输载体的新型通信技术,具有信息存储容量大、安全性高、传输速度快等突出特点,可充分满足未来一体化联合作战安全性、准确性、高效性、大容量等需求,实现各战场空间和军兵种高效互联互通,将在战场安全密钥、数据加密、信息隐藏和身份认证等领域得到广泛应用。

与传统通信技术相比,量子通信与传播介质无关,可在诸如深海等特殊环境下实现远距离通信。由于采用 一次一密 的加密方式,量子通信所提供的密钥不仅无法破解,更能时刻 锁住 信息通信的安全内容,有效避免窃听。更为重要的是,量子通信信道容量大、通信速率高、隐态传输安全性好,可充分满足现代战场条件下对保密通信的迫切需求,将直接驶入战场信息 高速路 。利用量子通信系统可在各类作战指挥体系和侦察预警系统、主要作战平台和武器系统之间构建量子信息化的战场通信网络,在未来战争中发挥无可替代的重要作用。

构建智能作战平台

随着世界新军事革命的蓬勃发展,军事物联网和各类信息终端将成为信息化军队作战指挥的神经中枢。同时,战场侦察、指挥协同、目标预警、装备操控和后勤保障都离不开战场智能系统的有效支持。由量子纠缠和叠加特性发展而来的量子雷达、量子传感等全新技术,将有助于实现全天候、反隐身和抗干扰作战,构建起未来智能作战 大舞台 。

在微观世界中,有共同来源的两个微粒之间也存在着相互纠缠的关系,利于这种量子纠缠原理,量子雷达可将量子信息调制到雷达信号中,灵敏度远高于传统雷达,可实现远距离的目标探测,是未来战场洞察各类隐形目标的 顺风耳 。目前,量子雷达的基本理论已经成熟,美国罗切斯特大学研究所利用量子增强型激光雷达初步验证了其对隐身飞机和欺骗干扰信号具有强大的辨识能力。

在战场环境中,现有成像技术受障碍物、大气湍流和烟尘雾霾影响较大。利用量子光场实现高分辨率成像的量子成像技术,可在没有目标的光路上得到探测目标的像,在战场上具有巨大的应用前景。201 年,美国陆军成功实现2.2 千米红外量子成像;2014年,奥地利科学院成功实现无探测光照射情况下目标物体的量子成像实验。未来利用量子成像技术,不需要光接触就可以对目标物体进行拍摄,真可谓信息化战场的 火眼金睛 。

作为感知战场环境的新型 听诊器 ,量子信号对环境变化具有极高的敏感性,利用该技术发展的量子传感可为提高测量精度提供新的应用方案。2014年,英国国防科学技术实验室研制成功 量子罗盘 导航原型机,利用超低温冷冻量子对地球磁场产生的电磁扰动的高度敏感性,实现了极高精度下的导航和定位功能。

此外,由于量子技术强大的计算能力,将在战场人工智能、军事网络大数据、战场气象预报和智能作战装备机器使用中发挥重要作用,是当之无愧的未来战争 颠覆者 。只有正确面对量子技术带来的机遇与挑战,牢牢抓住下一代战争的变革因素,才能在未来战争中占据先机和主动。


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