量子信息技術(shù)對軍事領(lǐng)域的主要影響

陳健 班飛虎

恩格斯曾指出：“一旦技術(shù)上的進(jìn)步可以用于軍事目的并且已經(jīng)用于軍事目的，它們便立刻幾乎強(qiáng)制地，而且往往是違反指揮官意志地引起作戰(zhàn)方式上的改變甚至變革?！笨藙谌S茨也曾說過：“要想通曉戰(zhàn)爭，必須審視一下每個特定時代的主要特征?！碑?dāng)前，隨著量子信息技術(shù)的快速發(fā)展及其在軍事領(lǐng)域的逐步應(yīng)用，不斷引發(fā)和推動新軍事革命及戰(zhàn)爭形態(tài)演變，受到世界各國高度關(guān)注，成為主要軍事國家的發(fā)展重點(diǎn)。例如，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(shù)基礎(chǔ)列入其戰(zhàn)略規(guī)劃，并在2015年設(shè)定的戰(zhàn)略投資領(lǐng)域中將量子物理學(xué)列為三大前沿技術(shù)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到與研制原子彈同等重要的高度。美國國防部“2013年—2017年科技發(fā)展五年計劃”將量子信息和量子調(diào)控列為美國軍方六大顛覆性基礎(chǔ)研究領(lǐng)域之一，認(rèn)為其未來將對美軍戰(zhàn)略需求和軍事行動產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

量子計算技術(shù)的主要影響

量子計算利用量子態(tài)疊加原理和量子糾纏特性，具有經(jīng)典計算機(jī)無法比擬的高速處理、高保密存儲量子信息及并行計算等功能優(yōu)勢，是順應(yīng)未來戰(zhàn)場需要的新一代高性能計算機(jī)。戰(zhàn)爭作為復(fù)雜巨系統(tǒng)，以海量數(shù)據(jù)為支撐的信息化戰(zhàn)爭和一體化聯(lián)合作戰(zhàn)，時刻離不開海量計算，使得量子計算在軍事領(lǐng)域具有十分廣闊的應(yīng)用前景。對此，量子計算能夠滿足海量信息存儲與處理、武器裝備研制、戰(zhàn)場態(tài)勢分析與數(shù)據(jù)傳輸、信息安全、重大科學(xué)問題研究對計算速度的現(xiàn)實(shí)需求，為軍事復(fù)雜問題提供高效解決方案。

在武器裝備研制方面，量子計算可以有效解決高性能、大數(shù)據(jù)計算問題，加快導(dǎo)彈攻防系統(tǒng)、大型?？兆鲬?zhàn)武器平臺、軍事航天裝備等復(fù)雜武器系統(tǒng)的設(shè)計和試驗(yàn)進(jìn)程，大幅提升武器裝備研發(fā)效率，有效支撐先進(jìn)武器裝備研制需求，為未來戰(zhàn)爭提供更加尖端、實(shí)用的武器裝備。

在作戰(zhàn)指揮方面，隨著量子計算能力與人工智能、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)相結(jié)合，可以對戰(zhàn)場海量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時分析處理，快速實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場限制條件下高精度的全局最優(yōu)解析，形成戰(zhàn)場威脅的實(shí)時性評估。按照作戰(zhàn)取勝概率提供決策方案排序，作為指揮員下達(dá)指令決策的依據(jù)，可進(jìn)一步提升戰(zhàn)爭預(yù)測、作戰(zhàn)方案制訂與評估等能力，在作戰(zhàn)規(guī)劃、指揮決策、后裝保障等方面發(fā)揮巨大作用。

在信息安全方面，用量子搜尋算法攻擊現(xiàn)有密碼體系，經(jīng)典計算機(jī)需要1000年的運(yùn)算量，量子計算機(jī)只需不到4分鐘的時間，其強(qiáng)大的并行處理能力使現(xiàn)有RSA公開密鑰體系無密可保，這對基于經(jīng)典保密系統(tǒng)領(lǐng)域的軍事信息安全構(gòu)成了根本性威脅。此外，基于量子力學(xué)的測不準(zhǔn)原理，量子計算技術(shù)將提供一種理論上絕對安全的量子密鑰分配方案，為軍事信息安全提供強(qiáng)大支撐。

在此方面，美國出于國家安全利益的緊迫需求，將高性能計算能力與核能力同時列入重點(diǎn)發(fā)展規(guī)劃，同時將量子計算技術(shù)規(guī)劃為確保核武器安全和可靠性的重要手段。2016年初，美國情報高級研究計劃局宣布啟動量子邏輯芯片項(xiàng)目，這種硬件產(chǎn)品是研制通用型量子計算機(jī)的關(guān)鍵，如果該技術(shù)取得突破，理論上可以制造出量子比特可擴(kuò)展的計算系統(tǒng)。

量子計算可以為軍事復(fù)雜問題提供高效解決方案

量子通信技術(shù)的主要影響

現(xiàn)代軍事通信在傳輸方式上主要分為有線通信和無線通信兩種，其安全保密性能不強(qiáng)，存在被竊取、被干擾的安全隱患，但軍事通信的最基本要求就是“可靠、保密、不間斷”，信息安全是關(guān)注的焦點(diǎn)。在此，使用量子信息技術(shù)進(jìn)行加密是最有效的方法之一，量子通信完全符合這樣的特性要求。

量子通信技術(shù)是利用量子糾纏效應(yīng)等特性進(jìn)行信息傳遞的一種新型通信方式，是21世紀(jì)發(fā)展起來的新型交叉學(xué)科，近年來已經(jīng)逐步從理論走向?qū)嵱?，并向軍事領(lǐng)域發(fā)展。量子通信的主要優(yōu)勢在于，它顛覆了傳統(tǒng)的保密與竊密技術(shù)，使軍事通信在原理上實(shí)現(xiàn)無條件安全和保密。通過用量子態(tài)來作為信息加密和解密的密鑰，使得任何想測算破譯密鑰的人都會因改變量子態(tài)而無法得到有用的信息，并留下痕跡而被合法用戶所發(fā)現(xiàn)，從而保證傳輸信息的無條件安全，做到真正的“守口如瓶”。而一次一密、完全隨機(jī)的加密方式，令加密內(nèi)容不可破譯。因此，量子密鑰分配技術(shù)和一次一密的加密方式，可以確保軍事通信網(wǎng)絡(luò)的無條件安全通信和保密。量子通信還可有效彌補(bǔ)水下通信短板，為構(gòu)建隱蔽性更強(qiáng)、覆蓋面更廣的軍事通信網(wǎng)絡(luò)體系提供重大支撐。由于量子通信所需的信噪比同等條件下比其他通信手段低30～40分貝，量子隱形傳態(tài)通信與傳輸介質(zhì)無關(guān)，故可實(shí)現(xiàn)隱蔽通信。

未來戰(zhàn)場沒有前方后方之分，通過特定的量子通信、量子密碼等技術(shù)，可以打造高效、安全、隱蔽的新型軍事通信網(wǎng)絡(luò)，將武器裝備、敵我識別、鎖定攻擊等構(gòu)成一體化作戰(zhàn)模式，讓指揮官一目了然地掌握全局并做出正確決策。例如，在特定方向?qū)彻魰r，各軍種之間有了量子信息組網(wǎng)之后，信息傳輸安全性將得到可靠保證，同時能夠增強(qiáng)作戰(zhàn)協(xié)同性，進(jìn)而更好地整合力量對敵軍實(shí)施快速有效打擊;量子通信技術(shù)的隱蔽性也十分有助力提升水下綜合作戰(zhàn)能力，從理論上講可以較好地應(yīng)用于深海和遠(yuǎn)洋通信，目前已有相關(guān)實(shí)驗(yàn)予以證實(shí)。一旦水下通信問題得到解決，會極大改變海上作戰(zhàn)樣式，“海狼群”將成為現(xiàn)實(shí)，航母戰(zhàn)斗群或?qū)⒚媾R巨大威脅。

量子雷達(dá)技術(shù)的主要影響

量子雷達(dá)是量子度量學(xué)的一個重要研究方向，其本質(zhì)是將光量子作為光頻電磁波微觀粒子對目標(biāo)進(jìn)行探測，利用它不同于常規(guī)雷達(dá)電磁波的物理特性，增強(qiáng)雷達(dá)對目標(biāo)的檢測性能，提高測距、測角分辨率及成像分辨率，同時提高雷達(dá)的抗干擾和抗欺騙能力，能夠很好解決經(jīng)典雷達(dá)在探測、測量和成像等方面的技術(shù)瓶頸。因此，量子雷達(dá)以其優(yōu)越的電子對抗性能，受到各國軍方的持續(xù)關(guān)注。

量子通信技術(shù)是利用量子糾纏效應(yīng)等特性進(jìn)行信息傳遞的一種新型通信方式

量子雷達(dá)具有自身明顯優(yōu)勢，一方面是體積小、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)，不易被敵方電子偵察設(shè)備發(fā)現(xiàn)，并易于成像;另一方面，依靠強(qiáng)大的反隱身技術(shù)和極遠(yuǎn)的探測距離，有可能使絕大多數(shù)空中目標(biāo)都逃不過量子雷達(dá)的探測，從而徹底顛覆隱身飛機(jī)的作戰(zhàn)優(yōu)勢。因此，量子雷達(dá)可以在艦船、潛艇、雷達(dá)站、車輛、戰(zhàn)斗機(jī)、預(yù)警機(jī)等海陸空平臺上實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，有效擴(kuò)展武器平臺的探測距離，并且能夠在夜間、煙塵和其它能見度不良的環(huán)境下，及時發(fā)現(xiàn)隱身目標(biāo)，削弱敵隱身飛機(jī)威脅，實(shí)現(xiàn)高精度的預(yù)警、攻擊和摧毀能力，提高部隊?wèi)?zhàn)斗力和生存率，還可進(jìn)一步應(yīng)用于導(dǎo)彈防御和空間探測，成為未來戰(zhàn)場上的“千里眼”和“順風(fēng)耳”，使得整個戰(zhàn)場的超視距作戰(zhàn)模式競爭更加嚴(yán)峻，引領(lǐng)戰(zhàn)場偵察探測進(jìn)入一個全新時代。例如，與傳統(tǒng)制導(dǎo)雷達(dá)相比，由于量子雷達(dá)探測靈敏度和精度得到很大提升，因此在目標(biāo)進(jìn)入防空導(dǎo)彈殺傷區(qū)時或進(jìn)入殺傷區(qū)之前，防空導(dǎo)彈就可以發(fā)射，從而使防空導(dǎo)彈的有效交戰(zhàn)范圍得到拓展，不僅使防空導(dǎo)彈的作戰(zhàn)潛能得到充分發(fā)揮，而且為連續(xù)發(fā)射防空導(dǎo)彈爭取了反應(yīng)時間，大幅提升了防空導(dǎo)彈的命中率。

在此方面，美國DARPA在2007年就啟動了量子傳感項(xiàng)目，2014年初美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室利用量子特性實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)與改進(jìn)，在低光和氣流紊亂情況下的成像測試獲取了清晰圖像，進(jìn)一步提升了量子雷達(dá)探測技術(shù)。

量子導(dǎo)航技術(shù)的主要影響

傳統(tǒng)定位如GPS系統(tǒng)采用的是基于重復(fù)發(fā)送電磁波脈沖測量信號達(dá)到時間，通過計算得到距離信息，而量子定位系統(tǒng)采用的是具有量子特性的光子脈沖，可以突破經(jīng)典無線電導(dǎo)航體制的定位精度上限，達(dá)到很高的定位精度，同時還內(nèi)置加密能力，在信息安全等方面具有絕對優(yōu)勢，可大幅提高軍事設(shè)備在GPS拒止環(huán)境下的導(dǎo)航能力，必將對軍事導(dǎo)航領(lǐng)域產(chǎn)生巨大影響。

量子導(dǎo)航是基于量子效應(yīng)和微加工技術(shù)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，不需要與外界信息交換而進(jìn)行自主導(dǎo)航，降低了被敵方發(fā)現(xiàn)、擊落或捕獲的概率，能夠大幅提高武器裝備的生存能力。同時，量子導(dǎo)航具有體積小、精度高、能耗低等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了武器裝備精確自主導(dǎo)航的需求，降低制導(dǎo)系統(tǒng)載荷消耗，大幅提高武器裝備可靠性與作戰(zhàn)效能，可用于預(yù)警機(jī)、潛艇、無人機(jī)的導(dǎo)航或精密測量，也可用于武器導(dǎo)航（特別是戰(zhàn)略型洲際導(dǎo)彈和精確打擊型導(dǎo)彈）或單兵作戰(zhàn)，提升武器裝備的戰(zhàn)場生存力和打擊力。例如，量子羅盤應(yīng)用于核潛艇可使其擺脫對衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的依賴，實(shí)現(xiàn)量子精確定位，為發(fā)射導(dǎo)彈提供服務(wù);量子導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用于航天器、深空探測器等領(lǐng)域，其自主導(dǎo)航將更加靈活、安全，避免敵方惡意破壞。

量子材料技術(shù)的主要影響

利用量子力學(xué)規(guī)律，在原子尺度把一個一個原子排列起來，根據(jù)不同原子的不同排列來設(shè)計材料的不同特性，提升現(xiàn)有模擬材料微觀變化和宏觀性能，可針對未來戰(zhàn)場環(huán)境設(shè)計新型材料，以便應(yīng)對特定戰(zhàn)場環(huán)境，大幅提升武器裝備的性能指標(biāo)。

量子技術(shù)與材料、化工的結(jié)合，將根據(jù)戰(zhàn)場需要研發(fā)出許多新功能的量子隱身材料，可通過彎曲光線達(dá)到視覺隱身，甚至逃過紅外望遠(yuǎn)鏡和熱力學(xué)設(shè)備的追蹤，身披“隱身衣”的武器裝備更容易潛入敵方陣地、摧毀敵有生力量，甚至在敵方戰(zhàn)場前段和敵方經(jīng)過路徑事先布置隱身無人作戰(zhàn)裝備，而不被敵方發(fā)現(xiàn)，確保部隊實(shí)施全方位機(jī)動，有效打擊敵方力量部署，奪取戰(zhàn)場主動權(quán)。

量子雷達(dá)或?qū)⒁I(lǐng)戰(zhàn)場偵察探測進(jìn)入一個全新時代

量子電池利用量子物理進(jìn)行熱力學(xué)研究，借鑒量子糾纏發(fā)生過程短的特點(diǎn)，將量子比特制作成電池，具有充電快、容量大、壽命長、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。量子電池的發(fā)展和使用，將使無人機(jī)、艦船和常規(guī)動力潛艇的能源補(bǔ)給能力得到大幅提升，進(jìn)一步提高其航程和航時，也可為新型集成化電子設(shè)備、野戰(zhàn)保障裝備、單兵野外生存等方面提供新能源。此外，量子電池如果配合“核電寶”，可有效改善高原邊陲等艱苦地方的保障能力。

量子醫(yī)療技術(shù)的主要影響

量子是一種有非連續(xù)運(yùn)動能量波的微粒子，而物質(zhì)是由分子和原子組成，世間萬物均有個性化的磁場，并蘊(yùn)含著能量。量子可與人體細(xì)胞的磁場能量波形成共振和傳導(dǎo)，振蕩剝離細(xì)胞的毒垢，糾正磁場波動混亂的細(xì)胞，并修復(fù)受損細(xì)胞，補(bǔ)充細(xì)胞能量，提高軍事人員生命力。

在軍事人員的診斷治療方面，利用量子醫(yī)療技術(shù)可準(zhǔn)確探知、查找、測定存在于人體內(nèi)的潛在性疾病，發(fā)現(xiàn)早期癌癥、糖尿病、心腦血管等各種疾病和潛伏隱患，適合健康普查和疑難病篩選;對情緒、壓力與心理狀態(tài)進(jìn)行量化和評估，對于傳統(tǒng)的心理測量評價技術(shù)將是重大挑戰(zhàn)和創(chuàng)新;可鑒定各類藥物和食物的成分及功效，篩選有效藥物;可對人員器官系統(tǒng)的自動頻率進(jìn)行改善，并能提供解毒、過敏調(diào)理、營養(yǎng)素均衡、抗疲勞等多種醫(yī)療方案。

在軍事人員的中醫(yī)療養(yǎng)方面，量子技術(shù)具備其它醫(yī)療技術(shù)設(shè)備所不具備的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，主要是可進(jìn)行量化分析、辨別證候，對中醫(yī)基本概念中的陰、陽、氣、血、經(jīng)絡(luò)加以量化處理;對情志病因與臟腑的關(guān)系進(jìn)行中醫(yī)量化指標(biāo)相關(guān)分析;快速分析中藥藥性、歸經(jīng)、方劑配伍及毒性，指導(dǎo)臨床中藥的有效應(yīng)用;模擬測定、優(yōu)化方劑配伍;通過中藥量化分析，按中醫(yī)的君臣佐使進(jìn)行組方、優(yōu)化配伍方劑;對中藥方劑進(jìn)行療效模擬測定，提供可靠性評測分析;采用量子陶瓷煎藥機(jī)煎藥，提升中藥制劑功效。此外，有助于實(shí)現(xiàn)中藥量子信息服務(wù)系統(tǒng)管理，通過對中藥的歸經(jīng)及中藥農(nóng)藥殘留、重金屬超標(biāo)的“量化”檢測分析，實(shí)現(xiàn)中藥信息數(shù)據(jù)庫的建立，確保中藥材的地道性、功效性。

在軍事人員的健康管理方面，對人員的健康管理、亞健康早期預(yù)警、慢性疾病早期提示等，具有早期、準(zhǔn)確、全面、簡便、快捷、完整、無創(chuàng)等特點(diǎn)，既可以定向，也可以定性，有針對性地進(jìn)行健康干預(yù)服務(wù)，真正意義上實(shí)現(xiàn)了“未病先知、未病先防”的目標(biāo)，達(dá)到預(yù)防疾病目的;可對身體各臟器功能進(jìn)行評估分析，對惡性腫瘤進(jìn)行早期篩查，比常規(guī)醫(yī)療檢查腫瘤可提前3～5年發(fā)現(xiàn);可對心腦血管疾病進(jìn)行預(yù)警分析，對身體營養(yǎng)狀況進(jìn)行全面分析，對健康保健食品的功效進(jìn)行判定，并對精神壓力與情緒狀態(tài)進(jìn)行評價分析等。

結(jié)??? 語

隨著量子信息技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用，在未來一段時間，將會打破以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的電子信息技術(shù)物理極限，顛覆現(xiàn)有電子信息技術(shù)體系，促進(jìn)戰(zhàn)爭形態(tài)加速演變，對軍事領(lǐng)域產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的影響。對此，應(yīng)高度重視、主動作為，前瞻量子信息技術(shù)理論，深研量子信息技術(shù)基礎(chǔ)理論，洞悉內(nèi)在特點(diǎn)規(guī)律，把握發(fā)展脈搏走向，為軍事領(lǐng)域運(yùn)用提供基本指向;積極探索量子信息技術(shù)的軍事應(yīng)用，研究量子信息技術(shù)對戰(zhàn)斗力生成模式的改進(jìn)革新作用，借助量子信息技術(shù)加快新型作戰(zhàn)力量手段建設(shè)，構(gòu)建現(xiàn)代化作戰(zhàn)力量體系，創(chuàng)新實(shí)踐量子信息技術(shù)裝備的運(yùn)用方式，充分發(fā)揮其作用效能，不斷提升綜合作戰(zhàn)實(shí)力，努力爭奪未來戰(zhàn)場制高點(diǎn)。

責(zé)任編輯：張傳良