量子技術對現(xiàn)代戰(zhàn)爭的影響*

唐蘇妍

（國防大學聯(lián)合勤務學院，北京100036）

從20世紀20年代量子力學理論發(fā)展成熟以來，推動了半導體、激光、核聚變、材料等微觀領域技術的發(fā)展，極大地改變了人類的生產和生活方式，以及作戰(zhàn)模式和戰(zhàn)爭面貌，在科學界被稱為“第一次量子革命”。近20年來，隨著量子力學與信息技術的深度融合，人類正在拉開“第二次量子革命”的序幕。當前，世界主要國家及全球產業(yè)界高度關注量子技術的研發(fā)，而量子技術的巨大優(yōu)勢也引發(fā)了世界各國軍事領域的廣泛關注。

從國家和軍事戰(zhàn)略規(guī)劃層面看，早在2007年，美國國防高級研究計劃局DARPA就將量子科技作為核心技術基礎列入其戰(zhàn)略規(guī)劃［1］，并在2015年設定的戰(zhàn)略投資領域中將量子物理學列為三大前沿技術之一，尤其是DARPA啟動的“微型曼哈頓計劃”，將研究量子芯片提升至與研制原子彈同等重要的高度［2，3］。美國國防部“2013—2017年科技發(fā)展五年計劃”將量子信息和量子調控列為美國軍方六大顛覆性基礎研究領域之一，認為其未來將對美軍戰(zhàn)略需求和軍事行動產生深遠影響［4］。

從技術研究方面看，2014年，美國陸軍研究實驗室利用量子特性實現(xiàn)圖像增強與改進，在低光和氣流紊亂的情況下，在2.33 km距離成像測試中獲得清晰圖像，為偵察探測領域提供了新的技術途徑。2017年8月，上海交通大學金賢敏教授團隊成功實現(xiàn)世界上第一個水下量子通信實驗［5］，為建立水下以及空海一體的量子通信網(wǎng)絡邁出了重要一步。未來，水下量子通信技術的應用將極大地改變海上作戰(zhàn)樣式。在量子計算技術研究方面，繼2017年11月，IBM公司宣布研制出50個量子位的量子計算機之后，2018年，Google、阿里巴巴等公司和研究機構競相研制量子計算技術，通過刷新量子比特數(shù)量，搶占該領域的技術話語權。

目前，量子技術的重點研究領域主要包括量子通信、量子計算、量子精密測量。其中，量子通信可實現(xiàn)無條件安全的通信手段；量子計算具備超快計算能力，可有效揭示復雜物理系統(tǒng)規(guī)律；量子精密測量使得測量精度可超越經典測量手段的極限。在量子精密測量領域，量子雷達由于與作戰(zhàn)領域關系密切，因此多年來備受世界軍事強國的高度關注。

未來，量子技術的發(fā)展和應用，將打破以微電子技術為基礎的電子信息技術物理極限，顛覆現(xiàn)有電子信息技術體系，促進戰(zhàn)爭形態(tài)演變，對現(xiàn)代戰(zhàn)爭產生深遠影響。本文重點分析量子通信、量子計算、量子雷達技術對現(xiàn)代戰(zhàn)爭的影響，并從作戰(zhàn)理念、作戰(zhàn)樣式、武器裝備發(fā)展等方面給出思考與啟示。需要說明的是，量子技術是一個廣闊的領域，眾多問題有待解決，但分析其對戰(zhàn)爭將會產生的影響對認識和設計未來戰(zhàn)爭非常必要。本文拋磚引玉，列出一些我們認為可能存在的影響，期望能引起研究學者們的廣泛思考。

1 量子通信技術對現(xiàn)代戰(zhàn)爭的影響

量子通信技術，是利用量子態(tài)和糾纏效應進行信息傳遞的一種新型通信方式，是量子論和信息論相結合的新型研究領域，主要涉及量子密碼通信、量子隱形傳態(tài)、量子密集編碼等。作為量子通信技術中最具實用化前景的分支之一，基于量子密鑰分發(fā)（Quantum Key Distribution，QKD）的量子通信經過30余年的研究和發(fā)展，在協(xié)議技術、系統(tǒng)器件和組網(wǎng)架構等各方面初步成熟并進入推廣試用階段，近年來呈現(xiàn)出加速發(fā)展的趨勢［6］?；诹孔拥牟豢煞指钚院蜏y不準原理，量子密鑰分發(fā)技術可以確保在量子通道內密鑰傳輸?shù)陌踩浴?/p>

1.1 實現(xiàn)安全通信，可確保軍事通信信息內容安全

目前，作戰(zhàn)體系中應用的通信技術主要包括有線通信和無線通信兩種。然而，有線和無線通信技術在通信信息安全方面存在漏洞，主要表現(xiàn)為通信信號容易被截獲和竊聽［7］。雖然加密技術可以在一定程度上阻止對方獲知具體通信內容，但是經典信息加密技術依然面臨困境。經典信息加密技術包括兩大類，對稱密碼體系和非對稱密碼體系。對稱加密體系中的“一次一密”加密方式曾被香濃等人從理論上證明，在滿足密碼隨機產生、密碼不重復使用、密鑰密文長度一樣的條件下，可確保通信過程具備無條件安全性［8］，但其密鑰分發(fā)過程仍然存在被竊聽的隱患。而非對稱加密體系僅具有計算安全性，已在理論上證明，所有經典非對稱密碼體系都能夠被量子Shor算法破解［9］，不存在無條件安全的非對稱密碼體系［10］。因此，無條件安全性，只有在對稱密碼體系“一次一密”加密方式下，結合安全的密鑰分發(fā)技術才能實現(xiàn)。

量子密鑰分發(fā)技術能夠有效滿足軍事通信信息安全的需求。量子密鑰分發(fā)技術與對稱密碼體系中的“一次一密”加密方式相結合，可消除“一次一密”加密方式中密碼更換后傳輸過程的安全隱患，從而確保軍事通信過程的無條件安全［11，12］。首先，量子的不可分割性和不可克隆定理使得量子通信過程存在竊聽必然被發(fā)現(xiàn)，而發(fā)送方和接收方一旦發(fā)現(xiàn)通道內存在竊聽，則可不使用該密鑰對信息內容加密，直到雙方確保密鑰傳輸過程中無竊聽為止。量子密鑰分發(fā)可用于建立和傳輸軍事通信信息密碼本，即首先在量子通道中為通信雙方分配安全密鑰［13］，再用密鑰對明文進行加密，將密文在軍事通信經典信道中傳輸，以確保通信過程的無條件安全。

1.2 實現(xiàn)通信隱蔽，可確保軍事通信雙方安全

目前，應用于作戰(zhàn)領域的現(xiàn)代通信技術通常無法確保通信雙方安全，即目標很可能由于與外界通信而暴露自身位置。例如，針對無線通信技術，敵方可通過通信信號分析技術與輻射源定位系統(tǒng)相結合的方式，解算出上行通信信號的發(fā)送端位置信息。對于有線通信技術，可通過溯源等手段對通信雙方進行定位。

相比之下，量子通信技術隱蔽性更強。量子通信采用單光子傳播原理，光輻射量非常少，竊聽者很難發(fā)現(xiàn)通信雙方的存在。通常情況下，連續(xù)或脈沖式光傳輸條件下，1微瓦中大約含有1015個光量子，因此經典通道很容易被探測手段發(fā)現(xiàn)并進行無感接入實現(xiàn)竊聽。而量子通信采用單光子傳播原理，光輻射量極小，現(xiàn)有的探測手段很難探測到光纜中是否存在量子通信，從而在一定程度上確保了通信雙方安全。

量子通信隱蔽性強的優(yōu)勢，可助力提升水下綜合作戰(zhàn)能力。長期以來，水下武器裝備的通信手段大部分仍然采用低頻通信方式，存在發(fā)信臺站龐大、發(fā)信困難、通信效率極低、與岸基指揮所通信易暴露等弊端。量子通信則能夠較好地彌補這些缺陷。一是量子通信所需的信噪比，同等條件下比其他手段低30～40分貝左右，即使獲取的通信信號信噪比較低，量子通信也能夠從中獲取高質量信號，因此從理論上講可以較好地應用于深海和遠洋通信，目前已有相關實驗予以證實［14］。二是量子通信隱蔽性強，因此可確保水下武器裝備不會由于通信而暴露自身位置。三是量子密鑰分發(fā)的安全性可確保通信內容安全，這對于戰(zhàn)略級水下武器裝備極為重要。從理論上講，水下武器裝備在制作好密鑰后，可以通過技術手段將光子傳輸至量子通信衛(wèi)星，再由衛(wèi)星作為中繼將信號傳輸至地面指揮所。未來，量子通信衛(wèi)星發(fā)射組網(wǎng)后，可與水下武器裝備進行通信，而一旦水下通信問題得到解決，將極大地改變海上作戰(zhàn)樣式，“海狼群”將會成為現(xiàn)實，航母戰(zhàn)斗群或將面臨巨大威脅。

2 量子計算技術對現(xiàn)代戰(zhàn)爭的影響

量子計算以量子比特作為信息處理單元，并根據(jù)具體問題和算法要求，按照量子力學規(guī)律執(zhí)行計算任務（變換、演化編碼量子態(tài)），根據(jù)量子測量理論提取計算結果［15］。與經典計算機的串行運算模式相比，量子計算機由于信息處理單元是量子比特，因此可實現(xiàn)并行計算操作，從而解決諸多大規(guī)模計算難題，包括密碼分析、氣象預報、藥物設計、金融分析、石油勘探等領域。在作戰(zhàn)領域中，計算已經發(fā)展成為影響作戰(zhàn)效能的基礎領域，而量子計算強大的并行計算優(yōu)勢一旦應用到作戰(zhàn)中，將全面提升信息化作戰(zhàn)能力，為體系作戰(zhàn)效能和作戰(zhàn)進程帶來顛覆性影響。

2.1 提高網(wǎng)絡空間作戰(zhàn)能力

當前，網(wǎng)絡空間作為陸、海、空、天之外的第五維空間，已成為未來戰(zhàn)爭的重要作戰(zhàn)領域，其軍事力量建設也日益成為世界各國關注與發(fā)展的重點［16］。網(wǎng)絡空間作戰(zhàn)的基本樣式包括網(wǎng)絡情報作戰(zhàn)、網(wǎng)絡阻癱作戰(zhàn)、網(wǎng)絡防御作戰(zhàn)和網(wǎng)絡心理作戰(zhàn)［17］。其中，在實施網(wǎng)絡情報作戰(zhàn)和網(wǎng)絡阻癱作戰(zhàn)的過程中，通常需要破譯復雜密碼才能獲取重要情報或實施下一步作戰(zhàn)行動。因此，密碼破譯能力是影響網(wǎng)絡情報作戰(zhàn)和網(wǎng)絡阻癱作戰(zhàn)效能發(fā)揮的關鍵。多年來，網(wǎng)絡空間作戰(zhàn)通常由于密碼破譯技術受限，從而在作戰(zhàn)效率和作戰(zhàn)效果上面臨較大瓶頸。

從理論上講，密碼破譯通常是求解一個數(shù)學難題，尤其對于非對稱密碼體系，原則上可破，但以現(xiàn)有的計算能力，花費的時間遠大于信息有效時間，并且破解密文的成本遠高于信息價值。因此，密碼系統(tǒng)在開發(fā)過程中要充分考慮破解計算機技術發(fā)展的速度和水平，并隨著計算能力的發(fā)展做出調整和改進，以確保計算安全性繼續(xù)成立。

與經典計算技術相比，量子計算技術的并行計算優(yōu)勢將大幅提升密碼破譯能力。未來，量子計算將對密碼系統(tǒng)尤其是以數(shù)學理論為基礎的加密算法帶來最直接的威脅。當前，世界各國網(wǎng)絡、銀行以及電子商務等領域中普遍采用的RSA、DSA等非對稱加密算法，其數(shù)學理論基礎是大數(shù)分解。利用萬億次經典計算機分解300位大數(shù)，需要15萬年，而利用萬億次量子計算機只需1秒［18］。2016年4月發(fā)布的美國國家標準與技術研究院內部報告，分析和預測了量子計算能力對當前世界各國主流加密算法產生的影響。其中，AES等對稱加密算法需增大密鑰長度，而RSA、DSA等非對稱加密算法將全面喪失安全性［19］。未來，在網(wǎng)絡空間作戰(zhàn)領域，量子計算技術將能夠極大地提高密碼破譯能力，從而破除網(wǎng)絡情報作戰(zhàn)和網(wǎng)絡阻癱作戰(zhàn)的密碼技術瓶頸，提高網(wǎng)絡空間作戰(zhàn)能力。同時，源源不斷的戰(zhàn)場情報將會極大地改變作戰(zhàn)進程。

此外，部分國家采取“現(xiàn)在竊聽，未來解密”的方式，先將無法破譯密碼的數(shù)據(jù)進行存儲，等待未來專用的量子計算機研制成功后再進行解密。例如，美國國家安全局在猶他州建立了一個數(shù)據(jù)中心，專門用來存儲作戰(zhàn)對手大量的外交、軍事、政治等方面的機密數(shù)據(jù)，以待未來量子計算機研制成功后破解。其目的是通過推演對手過去的作業(yè)方式，從而推測出其如今可能的作業(yè)方式。

2.2 提高作戰(zhàn)規(guī)劃能力

現(xiàn)代戰(zhàn)爭越來越注重“精算、細算”。從軍事運籌學的角度看，“精算、細算”指的是一種作戰(zhàn)規(guī)劃能力，包括任務規(guī)劃、資源規(guī)劃、兵力規(guī)劃、部署規(guī)劃等。作戰(zhàn)規(guī)劃的評價標準通常是作戰(zhàn)規(guī)劃的效率和效果。當前，隨著作戰(zhàn)體系規(guī)模的不斷升級，以及作戰(zhàn)指揮員“精算、細算、深算”意識的不斷深化，越來越多的實踐表明，只有在先進的理論基礎上，構建合理的模型體系、運用科學的算法，再輔以高效的計算，才能解決作戰(zhàn)過程中復雜的規(guī)劃問題。

作戰(zhàn)規(guī)劃問題的本質是根據(jù)任務目標，依據(jù)給定的資源和約束條件，運用科學規(guī)劃的方法產生一系列的作戰(zhàn)行動序列［20］，其核心要素是模型、算法和計算能力。當前，作戰(zhàn)規(guī)劃面臨的問題，一是戰(zhàn)爭規(guī)模增大、范圍擴大、裝備復雜、行動變快增加了作戰(zhàn)規(guī)劃模型的復雜度，從而對算法和計算能力提出了新的需求；二是面對作戰(zhàn)過程中的不確定性，作戰(zhàn)規(guī)劃需要站在全局的視角下，通過聯(lián)動進行實時修正。例如，在遂行武器目標分配的過程中，新增加目標或者武器被擊毀無法發(fā)揮作用時，都需要推翻正在規(guī)劃的分配方案，重新進行計算和部署。當武器和目標數(shù)量較大時，算法和計算能力將成為作戰(zhàn)規(guī)劃的關鍵制約因素。

當前，量子計算技術的主要研究領域包括量子算法、量子計算模型以及量子計算物理實現(xiàn)。在量子算法領域，典型的量子算法包括Shor因子分解算法、Grover量子搜索算法、量子進化算法（Quantum Evolutionary Algorithm，QEA）等。與經典搜索算法相比，Grover量子搜索算法具有更加高效的搜索效率。與傳統(tǒng)進化算法相比，量子進化算法具有種群規(guī)模小且不影響算法性能、全局搜索能力強、收斂速度快且易于與其他算法融合等優(yōu)點，能夠在較短時間內收斂于全局最優(yōu)解［21］，目前已廣泛應用于各類規(guī)劃問題［22，23］。同時，量子計算物理實現(xiàn)領域的研究將使量子計算技術更快地走向實用。量子計算技術一旦應用于戰(zhàn)爭指揮決策領域，將提高大規(guī)模任務規(guī)劃、資源規(guī)劃等復雜問題的規(guī)劃效率和規(guī)劃效果，使得作戰(zhàn)規(guī)劃系統(tǒng)在充滿不確定性的戰(zhàn)場環(huán)境中具備快速反應能力，從而對作戰(zhàn)進程和體系整體作戰(zhàn)效能帶來深遠影響。

3 量子雷達技術對現(xiàn)代戰(zhàn)爭的影響

當前，隨著綜合電子技術的發(fā)展，隱身技術、電子干擾、反輻射導彈對基于電磁波理論的傳統(tǒng)雷達帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。而量子雷達基于量子力學基本原理，利用了更先進的量子理論進行系統(tǒng)分析，對雷達中諸如接收機噪聲等概念和物理現(xiàn)象進行了全新的、更準確的理解［24］，其主要依靠收發(fā)量子信號并采用單光子檢測或量子糾纏態(tài)實現(xiàn)目標探測，不僅具有更高的探測精度和靈敏度，同時具有更強的抗干擾和抗欺騙能力。量子雷達的工作機理和流程與經典雷達相似，雖然并沒有從本質上顛覆傳統(tǒng)雷達的技術框架，但卻將量子信息技術引入傳統(tǒng)雷達領域，解決了傳統(tǒng)雷達在探測成像精度等方面的技術瓶頸，從而提升了雷達綜合性能，是一種新概念雷達［25］。

3.1 探測隱身目標

當前，戰(zhàn)斗機實現(xiàn)隱身的途徑主要包括兩大類，一是改變氣動外形減小RCS，或在機身上涂抹吸波材料，使得雷達接收回波減少從而探測不到目標。二是通過發(fā)送虛假信號對雷達進行欺騙，使雷達誤判從而實現(xiàn)隱身。在探測隱身目標時，傳統(tǒng)雷達通常由于接收回波減少或被欺騙，使得探測距離被大幅壓縮。

與接收電磁波的傳統(tǒng)雷達相比，量子雷達接收系統(tǒng)產生、調制、接收、檢測的對象是單個量子，因此量子雷達接收機具有極高的靈敏度，其噪聲基底比傳統(tǒng)雷達低若干個數(shù)量級，探測距離遠、精度高，可在高背景噪聲中識別出遠距離微小信號［26］。此外，當戰(zhàn)斗機通過更改雷達信號特征對雷達進行欺騙時，量子雷達可以識別出欺騙行為。例如，羅徹斯特光學研究所梅胡爾.馬利克（Mehul Malik）的實驗結果表明，更改量子雷達信號特征將破壞量子態(tài)，使得雷達接收信號的偏振態(tài)誤碼率高于25%，由此量子雷達可識別出欺騙行為，從而繼續(xù)對目標進行跟蹤［27］。

3.2 發(fā)揮制導武器作戰(zhàn)潛能

長期以來，對于中段采取指令制導或包含指令制導在內的復合制導模式的防空導彈來說，其飛行距離、打擊精度以及作戰(zhàn)潛能在很大程度上受到制導雷達的性能限制，尤其是低空突防目標及隱身目標更是如此。而與傳統(tǒng)制導雷達相比，由于量子雷達探測靈敏度和精度極大提高，因此在目標進入防空導彈殺傷區(qū)時或進入殺傷區(qū)之前，防空導彈就可以發(fā)射，從而使得防空導彈的有效交戰(zhàn)范圍（E3 Range）得到拓展。這不僅意味著防空導彈的作戰(zhàn)潛能得到充分發(fā)揮，同時意味著如果第一枚防空導彈攔截目標失敗，還有發(fā)射第二枚防空導彈的反應時間［28］。此外，由于量子雷達的制導精度提高，防空導彈的命中率也將得到大幅提升。

3.3 提高雷達生存能力

當前，電子偵察和電子干擾設備對傳統(tǒng)雷達的威脅日趨顯著。由于傳統(tǒng)雷達接收電磁波，因此信號較容易被電子偵察設備捕捉，從而為后續(xù)實施電子干擾和反輻射打擊奠定基礎。相比之下，量子雷達發(fā)射和接收系統(tǒng)的處理對象是單光子，不發(fā)送較強的電磁波或強光波，使其不易被敵方電子偵察設備發(fā)現(xiàn)，同時傳統(tǒng)的電子干擾手段也很難通過吸收、復制等方式干擾量子雷達［27，29］，從而提高雷達生存能力。

4 量子技術發(fā)展現(xiàn)狀

目前，量子技術已成為世界各國競相投入的重要領域，部分國家將量子技術作為獲取未來戰(zhàn)爭主動權的戰(zhàn)略制高點。近幾年來，世界主要國家及軍隊紛紛出臺量子技術相關的頂層戰(zhàn)略［30-33］。2018年6月，美國眾議院科學委員會正式通過《國家量子倡議法案》，標志著未來10年，美國聯(lián)邦政府將全力推動量子科學發(fā)展［34］。與此同時，世界頂尖的高科技公司和著名研究機構紛紛投入巨資研發(fā)量子技術，國際競爭異常激烈［35］。

4.1 量子通信技術發(fā)展現(xiàn)狀

量子通信作為面向未來的全新通信技術，在安全性方面具有顯著優(yōu)勢，已經引起世界各國的高度重視［36-38］。

在光纖量子通信方面，我國已建成合肥、蕪湖、濟南等城域量子通信示范網(wǎng)絡。2017年9月底，國家量子安全通信骨干網(wǎng)“京滬干線”正式開通，并當天就在北京節(jié)點與“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星建立連接，實現(xiàn)北京到維也納之間7600 km的洲際量子保密視頻通話，這是世界上第一個天地一體化的量子廣域通信網(wǎng)絡的雛形，有望使我國金融、政務信息率先邁入絕對安全的量子保密傳輸時代。2014年，美國NASA規(guī)劃量子保密通信干線，鋪設從洛杉磯噴氣推進實驗室（JPL）到Sunnyvale NASA Ames研究中心的光纖線路，美國知名研究機構Battelle公布了環(huán)美量子通信骨干網(wǎng)絡項目，計劃采用瑞士IDQ公司設備，基于分段量子密鑰分發(fā)結合安全可信節(jié)點密碼中繼的組網(wǎng)方式，為谷歌、微軟、亞馬遜等互聯(lián)網(wǎng)巨頭的數(shù)據(jù)中心提供具備量子安全性的通信保障服務。歐洲多個國家和地區(qū)相繼建成了瑞士量子、維也納SECOQC等量子通信實驗網(wǎng)絡［39］，演示和驗證了城域組網(wǎng)、量子電話、基礎設備保密通信等應用。英國、意大利等國建立城市間及貫穿全境的量子通信實驗網(wǎng)絡。2016年9月，俄羅斯先期研究基金會量子光學技術實驗室利用量子技術研發(fā)了非保護通道的安全密鑰部署設備，并在俄羅斯電信公司光纖通信線路上成功進行試驗。2010年，日本通過洲際合作建成了多節(jié)點城域量子通信網(wǎng)絡［40］。

在量子衛(wèi)星建設方面，我國于2016年8月發(fā)射世界首顆量子通信實驗衛(wèi)星“墨子號”，并于2017年1月正式交付使用。2015年7月，歐洲航天局（ESA）與歐洲通信衛(wèi)星公司簽署價值1.8億歐元的歐洲量子衛(wèi)星建造合同。2019年1月，Eutelsat Quantum衛(wèi)星平臺完成建造，已運至空客防務與航天公司位于法國的衛(wèi)星工廠進行集成，并計劃在2019年底搭乘“阿里安”-5火箭發(fā)射；第2顆衛(wèi)星計劃于2020—2021年發(fā)射，主要覆蓋亞洲地區(qū)。Eutelsat Quantum衛(wèi)星通過軟件驅動，可靈活更新衛(wèi)星工作頻率、帶寬、信號強度、覆蓋范圍等性能參數(shù)［41］。2019年4月9日，歐洲航天局（ESA）和歐盟委員會共同簽署一項協(xié)議，標志著歐洲為建立“量子互聯(lián)網(wǎng)”邁出了第一步。目前，雙方正在計劃建立歐洲量子通信基礎設施（QCI）。根據(jù)新簽署的技術協(xié)議，QCI的地面部分由DG Connect負責，它包含一系列的量子通信網(wǎng)絡，連接了歐洲的關鍵基礎設施、敏感通信和數(shù)據(jù)站點。天基組件，即SAGA（安全和密碼算法任務）由ESA負責，包含了一個覆蓋整個歐洲的量子衛(wèi)星通信系統(tǒng)［42］。

目前，量子通信技術在增加安全通信距離、提高安全成碼率和提高現(xiàn)實系統(tǒng)安全性等方面還面臨重大挑戰(zhàn)。雖然從理論上，量子通信的安全性已得到概念性證明和基于物理模型的嚴格數(shù)學證明，但實際的量子通信系統(tǒng)由于不能完全滿足物理模型中的假設條件從而存在被竊聽和攻擊的缺陷。量子通信技術未來一段時間的研究重點主要集中在如何突破速率、傳輸距離、抗干擾性能方面的局限，以及解決光子損耗及量子退相干等問題。

4.2 量子計算技術發(fā)展現(xiàn)狀

量子計算是當前的熱門科學前沿技術，代表了量子技術的主流方向之一，尤其是在后摩爾時代的大背景下，各國政府高度重視量子計算技術的發(fā)展，并提前布局，意圖搶占先機。Google、微軟、英特爾、東芝以及IBM等公司也投入巨資開發(fā)量子計算技術潛力，國際競爭異常激烈。近年來，IBM、Google、阿里巴巴等高科技公司不斷刷新量子比特數(shù)量，意圖爭奪量子霸權。

近年來，我國在量子計算研究方面不斷取得突破。2017年5月，中國科學院宣布在基于光和超導體系的量子計算機研究方面取得重大突破，建造了世界上第一臺超越早期經典計算機的光量子計算機原型機，同時實現(xiàn)了10個超導量子比特處理器，打破Google公司保持的9個超導量子比特記錄。2018年2月，阿里云聯(lián)合中科院宣布11個量子比特計算云平臺上線；2018年7月，潘建偉教授團隊全球首次實現(xiàn)18個光量子比特糾纏。

此外，世界主要國家紛紛從國家戰(zhàn)略層面重視和規(guī)劃量子計算技術的研發(fā)。2016年，我國在“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃2030重大項目中部署了量子計算項目。美國已經在量子計算領域完成戰(zhàn)略布局，在理論研究方面推進量子信息科學的學科建設，在應用技術層面以研發(fā)高性能計算系統(tǒng)為牽引，重點突出量子計算硬件設備發(fā)展，目前正處在加速推進落實的過程中。2015年，美國正式啟動戰(zhàn)略計算倡議（NSCI），該倡議的領導機構為美國國防部、美國能源部，組織執(zhí)行機構是情報高級研究計劃局（IARPA）和美國國家標準與技術研究院（NIST）。其計劃管理力度之大，在美國其他的國家級科研項目中非常罕見，而NSCI的中長期戰(zhàn)略布局聚焦量子計算。2018年，美國軍方將量子計算視為可能改變信息戰(zhàn)和太空戰(zhàn)的關鍵技術，并已將量子計算機和相關應用列入五角大樓必須進行的研發(fā)投資選項［43］。

目前，量子計算機研究的瓶頸問題主要集中在硬件實現(xiàn)方面，例如需要提高量子系統(tǒng)中相干操縱的能力，實現(xiàn)更多量子比特的糾纏，研制新的量子算法，增強現(xiàn)有量子算法的實用性和擴展性等問題。從理論上看，量子計算是一個廣闊的研究領域，眾多問題有待解決，諸如量子軟件、量子復雜性、量子電路等相關問題極有可能在五至十年內取得重要進展，關于量子計算能力的問題則需要進行更長時間的探索研究［44］。

4.3 量子雷達技術發(fā)展現(xiàn)狀

目前，美國、加拿大、澳大利亞等國正在積極開展量子雷達研究［45］。從2008年開始，DARPA先后提出了開展量子雷達技術研究的“量子傳感器項目（Quantum Sensor Program，QSP）”等多項研究計劃［46］，美國麻省理工學院林肯實驗室［47，48］、NASA、美國海軍研究實驗室［49］、陸軍研究實驗室［50］、哈佛大學［51，52］、馬里蘭州立大學、羅徹斯特大學［53，54］、洛克希德·馬丁公司［55］等 12家機構都相繼開展了量子雷達的研究工作。其中，高校、軍隊和公司所占比例為7∶3∶2，高校研究居多，說明目前量子雷達處于理論研究階段，尚未走出實驗室。軍隊和公司參與研究，則說明量子雷達必將走向實用，且距離實用化不會太遙遠。2016年，我國電科院14所成功研制單光子檢測量子雷達系統(tǒng)，先后完成了量子探測機理、目標散射特性以及量子探測原理的試驗驗證，在真實大氣環(huán)境下可實現(xiàn)百公里級的探測能力（已達到160 km），探測靈敏度也得到極大提升［56］。

目前，量子雷達技術在工程化方面仍存在諸多難題，如量子態(tài)的糾纏特性、相干性以及攜帶量子態(tài)信息載體的能量微弱性，都進一步增加了量子信息傳輸和處理的難度。此外，量子雷達性能在很大程度上受限于相關電子器件的性能?？傮w來看，目前量子雷達技術仍處于研究和探索階段，但從國內外的投入和關注程度來看，其實用化進程將會持續(xù)加速。

5 思考與啟示

半個多世紀以來，以電子技術為主導的信息技術，不僅改變了人類的生產和生活方式，同時改變了作戰(zhàn)方式和戰(zhàn)爭面貌。未來，量子通信、量子計算、量子雷達等技術物化為裝備并應用于軍事領域后，將促進戰(zhàn)爭形態(tài)的改變和戰(zhàn)爭理論的革新。

一是量子通信技術將顛覆技術偵察力量結構和海上作戰(zhàn)樣式。長期以來，技術偵察力量作為情報作戰(zhàn)的中堅力量，為世界各國作戰(zhàn)情報的獲取提供了技術支撐。未來，安全隱蔽的量子通信技術逐漸走向實用后，技術偵察力量將很難識別量子通信信道并從中獲取量子通信信號，傳統(tǒng)的信號偵察和分析手段將無法獲取情報數(shù)據(jù)，使得現(xiàn)有技術偵察力量結構或將面臨巨大調整。此外，量子通信技術通過解決水下武器裝備通信瓶頸問題，提升水下綜合作戰(zhàn)能力，從而極大地改變海上作戰(zhàn)樣式。二是量子計算技術或推動戰(zhàn)爭進入全面算法戰(zhàn)爭時代。隨著高超聲速武器的發(fā)展，人類將進入“讀秒戰(zhàn)爭”時代，作戰(zhàn)指揮員的思維速度將無法滿足作戰(zhàn)實時性需求。當量子計算技術走向實用后，面對爆炸式增長的態(tài)勢感知數(shù)據(jù)，作戰(zhàn)指揮員或將作戰(zhàn)經驗、作戰(zhàn)籌劃思路、作戰(zhàn)約束條件等以算法和程序的方式預先編入量子計算機中，依賴算法和量子并行計算能力輔助指揮員快速決策，從而推動戰(zhàn)爭進入全面算法戰(zhàn)爭時代。三是量子雷達技術將顛覆隱身技術和電子戰(zhàn)模式。上世紀70年代以來，戰(zhàn)斗機隱身技術先后經歷了探索、發(fā)展、應用三個階段，由于隱身戰(zhàn)斗機在多次軍事行動中取得顯著戰(zhàn)果，因此幾十年來，世界軍事強國紛紛投入巨資發(fā)展戰(zhàn)斗機隱身技術。此外，電子戰(zhàn)作戰(zhàn)模式在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中已被廣泛使用。然而，量子雷達一旦走向實用，將使各種戰(zhàn)斗機隱身途徑失效，與此同時，針對各類雷達開發(fā)的電子戰(zhàn)模式同樣面臨挑戰(zhàn)。未來，隱身技術和電子戰(zhàn)模式在量子雷達面前將何去何從，同樣是作戰(zhàn)領域值得研究的課題。

作為顛覆未來戰(zhàn)爭形態(tài)的關鍵技術之一，量子技術將首先被物化為先進的科技裝備，隨后催生出新型的作戰(zhàn)理念和顛覆性的作戰(zhàn)樣式，而后再推動更加新型的顛覆性技術出現(xiàn)。隨著量子技術的發(fā)展和成熟，軍事領域需要用全新的視角謀劃未來戰(zhàn)爭的作戰(zhàn)理論、作戰(zhàn)樣式，制定先進的武器裝備發(fā)展戰(zhàn)略，進一步突破傳統(tǒng)作戰(zhàn)理念的局限，為形成顛覆性作戰(zhàn)能力奠定理論和現(xiàn)實基礎。