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量子技术将颠覆未来战争形态 | 潘建伟:漫话量子

作者:时间:2017-09-06来源:中国青年报

  2016年8月16日,由中国科学家自主研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子”号成功发射入轨,瞄准量子研究领域最前沿的三大科学目标进行攻关。在不到一年时间里,量子卫星项目取得重大突破,提前圆满实现全部预定目标。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201709/363989.htm

  近日,在中国科学院新闻发布会上,量子卫星首席科学家潘建伟介绍,继今年6月实现千公里级量子纠缠分发后,我国又在国际上首次成功实现了卫星与地面之间的量子密钥分发和量子隐形传态,这标志着“墨子”号量子卫星预先设定的三大科学目标全部实现。

  目前,已经在探测、通信、计算等领域初显身手,它同样可以广泛应用于军事领域,并有可能引起战争基因的重大突变,通过技术重组或与其他技术融合,对现代战争形态和制胜机理产生深远影响

  特性神奇

  是当前世界上最具颠覆性的前沿技术之一,已经成为世界主要国家进行高新技术竞争的重要领域。

  量子是现代物理的重要概念,最早由德国物理学家普朗克在1900年提出。通俗地讲,量子是能表现出某物质或物理量特性的最小单元。就构成物质的最小单元而言,分子、原子、光子等微观粒子都是量子的表现形态。量子具有很多神奇而迷人的特性,如叠加和纠缠等,至今仍是有待被攻关破解的科学难题,但这些神奇的特性已经催生了量子探测、量子通信、量子计算等技术应用领域。

  我们知道,宏观世界遵从经典物理学定律,粒子的运动状态、轨迹、位置是确定的。而量子世界遵从量子物理定律,粒子的运动状态、轨迹、位置是概率性的,具有叠加态。量子叠加是指量子不仅可以同时处于不同的状态,还可以处于这些状态的叠加态,即在同一时刻能够同时具有多种状态

  量子叠加特性可以用一个形象的比喻来描述。假设一辆汽车正在向前行驶,而路中间恰好有一块石头,汽车要么从石头左边驶过,要么从石头右边驶过。如果同时架设多部摄像机记录汽车驶过石头的这个瞬间过程,事后检查录像时就会发现,有的摄像机显示车从石头左边经过,有的摄像机显示车从石头右边经过。这在宏观世界简直不可思议,但这就是量子在微观世界中具有的叠加态,即在同一时刻能够同时具有多种状态。

  此外,历史上最怪异、最疯狂、最神奇的量子力学预测便是量子纠缠。量子纠缠是指相互独立的粒子可以完全“纠缠”在一起,对其中一个粒子进行观测可以即时影响到其他粒子,无论它们之间距离有多远。就算这两个粒子分别处于宇宙的两端,它们同样可以保持这种“默契”——假如量子甲随机选择左,那么量子乙一定会选择右。任何所谓的“心灵感应”,都比不上量子纠缠来得深刻。

  正是这些神奇而迷人的特性,使得具有极大的应用前景,随着量子探测、量子通信、量子计算等关键技术的不断突破和工程化应用,它们一旦进入军事领域,将对未来战争产生重大影响。

  量子探测

  量子探测主要利用量子纠缠等基本特性实现对目标的感知、测距、定位以及成像等功能。量子探测技术具备突破传统探测技术性能极限的应用潜力,目前研究主要集中在量子雷达、量子导航、量子传感和量子成像等领域。

  雷达自20世纪30年代初期问世以来,已经成为军事探测的主要手段之一。其工作原理基于经典电磁理论,即雷达发射的无线电波束照射到目标后会产生回波,雷达接收回波信号并进行处理后即可获取目标的相关信息。但随着综合电子技术的发展,电子干扰、反辐射导弹、低空超低空突防和隐身技术等,对现有技术体制雷达的生存能力和探测能力带来了极大的威胁。

  量子雷达是将量子探测技术引入经典雷达探测领域,解决经典雷达在探测、测量和成像等方面的技术瓶颈,以提升雷达的综合性能。量子雷达不但具有更高的灵敏度和探测精度,而且具有更强的抗干扰和抗欺骗能力,从而为准确探测雷达反射截面积(RCS)很小的隐身目标提供了一种新的有效技术途径。

  量子雷达的优势主要表现在:一是依靠强大的反隐身技术和极远的探测距离,有可能使几乎所有的空中目标都逃不过量子雷达的探测,从而彻底颠覆隐身飞机的作战优势;二是依据量子雷达的引导,制导武器可以充分发挥其作战潜能。目前,量子雷达已经进入技术原理样机研究和试验阶段,虽然其在工程化方面还面临着诸多的技术难题,但其独有的反隐身目标能力和强大的综合探测能力,已经引起世界各主要国家的高度重视。

  量子通信

  量子通信技术是利用量子特性特别是纠缠效应等进行信息传递的一种新型通信方式,是近20年发展起来的新型交叉学科,是量子论和信息论相结合的新的研究领域,主要涉及量子密钥分配、量子隐形传态等,近年来已经逐步从理论走向实验,并向实用化发展。我国“墨子”号量子卫星已经率先实现了星地间量子密钥分配、量子隐形传态等技术验证目标。

  现代通信在传输方式上分为有线通信和无线通信两种。其最大缺陷,一是信息容易被截获、被窃听;二是现代通信尤其是无线通信信号的稳定性和通信不间断性无法保证,容易受环境因素影响;三是经典的信息加密技术面临困境,对称加密体系运算强度大,但密码传输过程存在安全隐患;非对称加密体系仅存在计算安全性,在未来的量子计算机面前不堪一击。



关键词: 量子技术

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