量子技术及其在军事领域的应用

以量子卫星、量子雷达、量子计算机、量子定位系统为代表的高精尖量子军事武器装备技术已经获得了突破性发展，使得量子技术在军工领域广泛应用，推动了全球新军事变革和战争形态变化，受到了世界各国的高度重视，现已成为世界大国的重点发展对象。例如，2018年欧盟聚集了来自欧洲内外共32个国家的政府部门、科学界以及产业界的利益相关方，制定了总值超过十亿欧元的国际量子旗舰计划（EU Quantum Flagship）。

以量子通信、量子计算、量子定位和量子传感为代表的量子技术正处于高速发展中，但就其在军事领域的实际应用而言，其进展水平并不平衡。量子计算的进展主要由经济效益驱动，在未来带来突破传统计算理论限制的先进计算能力。而量子通信、量子传感和量子定位技术的进展则主要是由国防安全推动，将大大提高各式军事指挥系统保密性和抗干扰能力，给未来战争形态带来颠覆性变化。但考虑到推动量子技术发展所需要的科研能力以及庞大的研究投资成本，在未来该技术领域的竞争将主要来源于同等规模的竞争者。

量子力学开山鼻祖马克斯·普朗克

在信息化作战条件下，依托卫星发射的无线通信技术已经无所不在，有效安全可靠的信号传递堪称关键，而量子通信技术就正好能够在这一领域中大显身手。量子通信技术主要是运用了量子叠加原理和量子纠缠原理，利用一组相互纠缠的光子进行密钥的传递。按照光子的偏振特征，光分具有二种截然不同的偏振方位，即在被检测前，纠缠量子的偏振态处在这二个方面的叠加状态，因而是不确定的。也只有在其中一条光子偏振方位被检测时，无关的偏振方位才得以确定，而同样另一条光子又由于量子纠缠而决定了与其相对应的偏振方位。

目前的科学研究与实践已经证明了，在部分重大问题的计算中，量子计算的速率较传统电子计算机成指数级增加。尤其是针对军事领域中关键的解密问题上，在现代经典电子计算机上，运行时所需计算次数随着输入量的增加成指数级增加，意味着这个问题在经典物理学的研究范畴内从根本上不可能得以克服。而量子计算利用量子态叠加原理和量子纠缠特性，具有经典计算机无法比拟的高速处理、高保密存储量子信息及并行计算等功能优势，是满足未来战争需要的新一代高性能计算机。量子计算能够满足海量信息存储与处理、武器装备研制、战场态势分析与数据传输、信息安全、重大科学问题研究对计算速度的现实需求，为军事复杂问题提供高效解决方案。

2020年4月，在由美国政府AFCEA组织与乔治梅森学校共同组织的线上活动中，美国防部军事科研和工程部的负责人马克·刘易斯认为，在量子科学中最有可能实现的应用将是“完成位置、航行和计数，作为取代GPS操作系统的选择”。随着近年来量子信息技术的进一步发展，各种研究成果也逐步出现。目前量子定位技术的实现途径大致有以下4个：一是把量子信息技术和卫星定位技术加以融合；二是脉冲式量子定位系统；三是“量子罗盘”，即使用地磁性的亚原子效应再加上自动定位；四是量子惯性引导。量子定位技术使用的是具备量子特点的光子脉冲，能够突破传统经典无线电GPS定位体系中的位置精确度限制，实现极高的位置精确度，并且还内含密码技术能力，在安全性等方面具备一定优越性，可提升军用电子设备在GPS拒止环境条件下的航行力量，将对军用航海领域产生重要影响。

量子纠缠原理示意图

量子雷达是基于量子力学基本原理，主要依靠收发量子信号实现目标探测的一种新型雷达。量子信息技术均存在一定的技术优势，可以通过与经典雷达相结合，提高雷达科技对总体目标的测量性能，从而提升定距、观察角分辨率和图像清晰度，同时增强了雷达的抗干扰能力和防欺诈能力，从而能够很好克服传统经典雷达在侦察、测量和图像形成方面的难题。通过量子统计能够给军用复杂性问题带来有效突破技术瓶颈的可能。因此，量子雷达也因其优异的电子对抗特性，受到世界主要大国的高度重视。

量子通信是利用量子叠加态和纠缠效应进行信息传递的新型通信方式，基于量子力学中的不确定性、测量坍缩和不可克隆三大原理提供了无法被窃听和被计算破解的绝对安全性保证。量子密码系统是运用物理学原理保密信息，量子自身的特性也决定了量子通信的整个过程都是无条件安全的。未来战争中没有严格的前线后方的区分，而利用特定的量子通信、量子密钥系统等信息技术，就能够形成安全可靠的全新军事通讯网络系统，可在武器装备、敌我辨识、锁定攻击目标等方面形成一体化作战模式，帮助指挥员把握战争全局并作出恰当决定。比如，当某个方向敌人对敌进攻时，在各兵种间通过量子信息组网之后，信息的传递可靠性也就有所保证，同时还可以提高部队行动协调性，从而更好地发挥联合作战能力，对敌人进行迅速有效的攻击。目前已有大量相关试验得到证明，量子通信技术的隐蔽性也将有助于提高水下的综合对抗实力，从理论来说能够较好地运用于深海和远洋的通信。如果水下通讯问题得以破解，将会极大改善海洋的对抗样式能力，“海狼群”将变成现实，航空母舰战斗群或将受到重大威慑。

量子罗盘示意图

传统雷达技术具有电磁泄露强，功耗大，体积大，成像能力微弱，机动性较差等缺陷。而伴随着现代隐形技术的高速发展，传统雷达反隐身能力较弱的缺陷也越来越突出。而现代量子雷达利用量子力学基本原理，能够很好解决传统雷达的种种缺陷。量子雷达只使用数量相对较少的光量子对总体目标实施侦察，使用的就是光量子的粒子特点。隐身战斗机可以截取常规雷达所发的信息，并重新发送一只鸟的虚假信号作为雷达回波，这就掩盖了位置。而按照测不准基本原理，截获了量子雷达所发射光子使得光子原有的量子特点被完全摧毁，同时光子具备不能再现的特点，致使隐身战斗机所无法隐藏位置。

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，大幅提升武器装备研发效率，有效支撑先进武器装备研制需求。同时，经典计算机需要数百年完成的运算量，量子计算机只需不到几分钟的时间就能完成，其强大的数据处理能力使现有RSA公开密钥体系的保密性受到重大挑战。或者可以说在量子计算机面前，传统密钥体系将难以发挥作用。如此看来，只有采用了量子力学基本原理的量子密码体系才能对抗量子计算机的海量计算。

量子定位系统采用量子效应与微加工技术开发的惯性导航体系，不需与外部信号联系而进行导航，从而减少了被敌人发觉、击落或俘获的几率。同时量子定位系统具备精度高、体积小、功耗低的优点，满足了对武器装备智能导航的要求，可以减少制导体系载荷耗费，提升武器装备安全性和战斗质效，可用作预警机、潜航、无人驾驶直升机等的引导或精确测量手段，也可以作为精确制导或单兵战斗，以提高其攻击力。因此，将量子罗盘技术广泛应用于战略核潜艇，可使其降低对卫星导航系统的依赖，进行量子精确定位，为发射导弹与深海潜行服务。将量子导航技术广泛地运用于宇宙飞船、深空探测器等领域，其自主航行将更为灵活、安全。

近年来，技术革新的渗透性、扩散性、颠覆性特点日益深入地影响人类经济社会的生产生活方式，进而加速世界新军事变革与战争形态演变。以量子技术为代表的颠覆性技术的发展与运用也将成为世界军事领域发展的主要推动力。因此，在国防军事领域，深入研究颠覆性技术引起军事变革的内部机制，并在更深层次上发现颠覆性技术和军事变革之间彼此联系、相互影响的底层逻辑，具有重大的现实意义。

 量子卫星具有保密通信技术，可防止间谍窃听及破解，抗衡外国的网络攻击

量子技术的发展需要更多时间才能完全发挥在国防军事领域的颠覆作用。实际上，量子技术并不是一个单一的个体，而是科技创新中的有机组成部分。新兴技术与颠覆性技术的融合更易于在军事领域产生颠覆性影响。例如，将大数据与量子技术融合，利用量子传感器增强信息传输的安全性与海量计算的能力，进一步强化联合作战指挥系统的数据分析能力。同时大数据分析、人工智能、高超声速等领域的科技创新也具备颠覆性特点，将在未来对军事力量发展形成重大或变革性影响，利用科技融合的方式更容易对军事力量发展产生颠覆性影响。

从投资方向来看，近10年来世界主要国家间的科技创新竞争快速进入白热化状态。各主要大国都把科学技术作为本轮战略博弈的核心，把物理空间和虚拟空间作为新质战场，全力争取前沿核心科技领域的相对优势和关键技术控制权。特别是国防军事领域的科技创新事关国家安全这一底线，以量子技术为代表的颠覆性技术具有颠覆性特征，能够催生带动各领域相关技术的融合发展和跨越式发展，值得高度重视。

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