量子科技的未來影響與軍事價值

王永紅 武運(yùn)鵬 趙亞娟

[摘要]量子科技是國家具有戰(zhàn)略性全局性的重大科技項(xiàng)目。近年來量子科技突飛猛進(jìn)，國際競爭異常激烈，已經(jīng)成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的前沿領(lǐng)域。關(guān)鍵核心技術(shù)特別是量子信息技術(shù)的重大突破和取得重大成果，使我國進(jìn)入創(chuàng)新型國家行列。軍事領(lǐng)域?qū)ο冗M(jìn)技術(shù)向來敏感，量子科技軍事應(yīng)用雖道路曲折，但前景光明，也必然引發(fā)新軍事變革的重大突破，成為顛覆未來作戰(zhàn)的重要技術(shù)。

[關(guān)鍵詞]量子科技；科技革命；軍事科技；創(chuàng)新型國家

[中圖分類號] G322.1[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A[文章編號] 0529-1445（2022）12-0033-04

黨的二十大報告指出：“以國家戰(zhàn)略需求為導(dǎo)向，集聚力量進(jìn)行原創(chuàng)性引領(lǐng)性科技攻關(guān)，堅(jiān)決打贏關(guān)鍵核心技術(shù)攻堅(jiān)戰(zhàn)。”①習(xí)近平總書記在總結(jié)新時代十年的偉大變革時特別指出，我國的基礎(chǔ)研究和原始創(chuàng)新不斷加強(qiáng)，包括載人航天、探月探火、衛(wèi)星導(dǎo)航、量子信息等一些關(guān)鍵核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破，取得重大成果。②量子力學(xué)的物理理論研究歷史已長達(dá)一個多世紀(jì)，近年來以量子力學(xué)為理論基礎(chǔ)的量子科技發(fā)展加速，關(guān)鍵核心技術(shù)頻頻突破，其在未來社會的應(yīng)用場景輪廓和重大顛覆性作用正越來越清晰，其所映射的量子革命也越來越備受世人關(guān)注。

量子科技的戰(zhàn)略價值與軍事意義

習(xí)近平總書記指出：“要充分認(rèn)識推進(jìn)量子科技發(fā)展的重要性和緊迫性，加強(qiáng)量子科技發(fā)展戰(zhàn)略謀劃和系統(tǒng)布局，把握大趨勢，下好先手棋?！雹哿孔有畔⒓夹g(shù)是量子物理與信息技術(shù)相結(jié)合發(fā)展起來的新學(xué)科，主要包括量子通信、量子遙感和量子計(jì)算等領(lǐng)域。近年來不斷突破的量子科技正在開啟新的機(jī)遇之門。

推動第四次科技革命的戰(zhàn)略引擎。第四次科技革命由德國人在2013年漢諾瓦工業(yè)博覽會上提出，是指繼蒸汽技術(shù)革命、電力技術(shù)革命、計(jì)算機(jī)及信息技術(shù)革命之后的又一次新的科技革命。量子科技與人工智能、生物技術(shù)等一并成為新一代高新科技的主要代表，以超常態(tài)的方式快速推進(jìn)第四次科技革命發(fā)展，伴隨而來的是社會生產(chǎn)力的急速發(fā)展，社會經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和人類生活方式更是呈現(xiàn)出巨大變化。新一代高新科技也就自然成為此次科技革命的重要戰(zhàn)略引擎，尤其是還處于半成熟狀態(tài)的量子科技，給人類社會所帶來的爆燃式影響和驚喜更有可能超乎想象。

引領(lǐng)未來發(fā)展的關(guān)鍵核心技術(shù)。量子科技被認(rèn)為是“21世紀(jì)改變世界的關(guān)鍵核心技術(shù)之一”，將通過具有顛覆性特征的量子通信、量子遙感和量子計(jì)算三個子領(lǐng)域技術(shù)，對人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等各領(lǐng)域技術(shù)產(chǎn)生全維技術(shù)疊加或技術(shù)替代，通過量子科技突破帶動全部技術(shù)的突破，來引領(lǐng)世界未來發(fā)展。量子通信根據(jù)量子力學(xué)的測不準(zhǔn)原理，構(gòu)建“一次一密、完全隨機(jī)”的量子密鑰，突破傳統(tǒng)經(jīng)典加密體系限制，實(shí)現(xiàn)信息高速安全傳遞。量子遙感是利用基本量子體系的一致性，對量子關(guān)鍵物理量靈敏感應(yīng)，突破傳統(tǒng)經(jīng)典電磁波理論限制，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物的精確測量。量子計(jì)算是利用量子態(tài)的疊加特性，進(jìn)行信息編碼、存儲和計(jì)算，突破摩爾定律，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)算力指數(shù)級增長。

構(gòu)筑科技新優(yōu)勢的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。量子科技是憑借量子所具有的量子態(tài)疊加性、糾纏性、相干性等新優(yōu)勢特征，通過對量子進(jìn)行具體細(xì)微操作，來實(shí)現(xiàn)超越人類普通認(rèn)知的信息通信、信息加密、信息計(jì)算的重大顛覆性技術(shù)。量子科技不同于傳統(tǒng)科技的理論、方法及應(yīng)用，完全是一種另辟蹊徑，對已有傳統(tǒng)技術(shù)路徑產(chǎn)生了根本性替代方案，實(shí)現(xiàn)了對傳統(tǒng)技術(shù)體系的重大顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，是其他科技難以企及的新的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。量子科技改變了微電子技術(shù)在現(xiàn)行軍事信息技術(shù)體系中的基礎(chǔ)性地位，突破現(xiàn)有信息技術(shù)的物理極限，為信息科學(xué)的發(fā)展提供新的原理和方法，對架構(gòu)其上的計(jì)算機(jī)、通信、軟件等產(chǎn)生革命性影響，進(jìn)而對作戰(zhàn)行動中的偵察、指揮、控制、打擊、協(xié)同、評估、保障等各環(huán)節(jié)帶來架構(gòu)層的根本性變化，其在軍事領(lǐng)域的顛覆性作用將無可估量。

突破量子科技的競爭異常激烈

世界各國錨定量子前沿科技提前布局。歐盟提出建立歐洲量子產(chǎn)業(yè)，謀篇未來“量子互聯(lián)網(wǎng)”，2016年發(fā)布《量子宣言（草案）》，2018年啟動總額10億歐元的“量子旗艦”計(jì)劃，2020年發(fā)布《戰(zhàn)略研究議程（SRA）》報告。北約意在培育量子科技等變革性技術(shù)，2022年宣布啟動世界首個“多主權(quán)風(fēng)險投資基金”，并將設(shè)立量子技術(shù)開發(fā)中心。美國為確保在量子信息科學(xué)及其技術(shù)應(yīng)用方面保持領(lǐng)先地位，2018年發(fā)布《國家量子倡議法案》實(shí)施為期10年的“國家量子計(jì)劃”，2020年發(fā)布《美國量子網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略構(gòu)想》，并將開辟量子互聯(lián)網(wǎng)。日本提出以新一代量子通信技術(shù)為研究對象的長期戰(zhàn)略，2018年啟動“光·量子躍遷旗艦計(jì)劃”，2020年公布《量子技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略》，2022年公布《量子未來社會愿景》。

世界主要國家搶先推進(jìn)量子科技突破。美國在量子遙感和量子計(jì)算等方面研究頗深，桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室近期研制的量子傳感器取得重大突破，有望取代GPS，成為無需外在電子信號即可定位導(dǎo)航的最新技術(shù)。日本同時推動10余個量子科技研發(fā)項(xiàng)目，形成了超導(dǎo)量子電路、量子算法、光晶格鐘、約瑟夫森量子計(jì)算機(jī)等一批前沿成果。俄羅斯在量子存儲和商業(yè)量子計(jì)算機(jī)方面邁出重要一步，首次證明了使用超導(dǎo)量子比特鏈來實(shí)現(xiàn)光子有效互動的可能性，建立超過30公里量子安全通信信道。英國專注于量子成像、超精度傳感器、安全通信和量子計(jì)算等，研究開發(fā)重力探測器、量子模擬器、量子計(jì)算機(jī)和微型原子鐘等。

我國應(yīng)當(dāng)持續(xù)擴(kuò)大量子技術(shù)優(yōu)勢。20世紀(jì)90年代，我國開始進(jìn)入量子科技領(lǐng)域。2021年3月，“十四五”規(guī)劃提出，要加強(qiáng)關(guān)鍵數(shù)字技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，加快布局量子計(jì)算、量子通信等前沿技術(shù)，并在量子信息等前沿科技和產(chǎn)業(yè)變革領(lǐng)域，組織實(shí)施未來產(chǎn)業(yè)孵化與加速計(jì)劃，謀劃布局未來產(chǎn)業(yè)。2016年完成國際上首條遠(yuǎn)距離光纖量子保密通信骨干網(wǎng)“京滬干線”、發(fā)射“墨子號”量子衛(wèi)星，并通過兩者結(jié)合率先構(gòu)建天地一體化廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò)雛形。①在量子精密測量方面不斷追趕國際先進(jìn)水平，2018年首次實(shí)現(xiàn)利用激光冷卻技術(shù)的空間冷原子鐘，在原子鐘、量子陀螺儀、量子雷達(dá)、痕量原子示蹤、弱磁場測量等關(guān)鍵技術(shù)上也有了較大突破。①我國正在對可擴(kuò)展量子計(jì)算的物理體系開展系統(tǒng)性研究，2021年成功構(gòu)建具有66個量子可編程超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之二號”和具有113個光子、144模式的光量子計(jì)算原型機(jī)“九章二號”，②使我國成為世界上唯一在超導(dǎo)量子和光量子兩種體系下達(dá)到量子優(yōu)越性里程碑的國家。③

量子科技在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用機(jī)理

軍事領(lǐng)域極強(qiáng)的對抗屬性，激發(fā)了其對先進(jìn)技術(shù)的天然敏感性。量子科技的強(qiáng)大顛覆性和美好應(yīng)用前景，強(qiáng)力吸引軍事領(lǐng)域的重點(diǎn)關(guān)注。

量子通信賦能軍事信息網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)信息絕對安全。傳統(tǒng)軍事信息網(wǎng)絡(luò)，是基于因特網(wǎng)體系架構(gòu)，通過各類通信線路和設(shè)備連接各種網(wǎng)絡(luò)終端，實(shí)現(xiàn)軍事信息資源互聯(lián)共享的系統(tǒng)。傳統(tǒng)軍事信息網(wǎng)絡(luò)安全保密較為脆弱，一是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)安全設(shè)計(jì)不健全，存在截獲、中斷、篡改、偽造等嚴(yán)重網(wǎng)絡(luò)信息安全威脅。二是信息保密基于經(jīng)典加密體系的復(fù)雜計(jì)算，雖然一定程度地保證了信息加密通信，但隨著解密技術(shù)發(fā)展和計(jì)算能力提升，其脆弱性更加突出。尤其是隨著量子科技的發(fā)展，用量子搜尋算法攻擊現(xiàn)有RSA公開密鑰體系，量子計(jì)算機(jī)只需4分鐘就可完成經(jīng)典計(jì)算機(jī)1000年的運(yùn)算量，其強(qiáng)大的并行處理能力會讓傳統(tǒng)信息網(wǎng)絡(luò)無密可保。而量子通信則是利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息保密傳遞的一種全新通信方式，目前已經(jīng)逐步成熟，并從理論走向?qū)嵱?。作為量子通信密鑰的量子態(tài)，在被非法訪問破解時，其狀態(tài)的必然改變性和可觀測性，可保證傳輸信息的無條件安全，使其成為一種理論上絕對安全的加密方式。因此，量子通信技術(shù)符合軍事信息網(wǎng)絡(luò)“穩(wěn)定可靠、安全保密”的基本要求，可為全維全域中各類作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)、偵察預(yù)警系統(tǒng)、武器作戰(zhàn)平臺之間的戰(zhàn)場通信提供隱蔽性更強(qiáng)、覆蓋面更廣的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”。另外，量子通信還具備信噪比低、傳輸介質(zhì)無關(guān)性等特征，甚至未來還可能突破信道容量，將有效彌補(bǔ)深空通信、水下通信短板。

量子導(dǎo)航革新軍事定位手段，實(shí)現(xiàn)無源精準(zhǔn)定位。軍事導(dǎo)航技術(shù)是引導(dǎo)武器裝備系統(tǒng)沿著預(yù)定線路到達(dá)預(yù)定地點(diǎn)，并隨時給出其即時準(zhǔn)確位置的技術(shù)。在衛(wèi)星、雷達(dá)、地形輔助、慣性等多種有源無源傳統(tǒng)軍事導(dǎo)航方式中，最為常見和重要的就是衛(wèi)星導(dǎo)航，通過發(fā)送和接收衛(wèi)星信號，提供實(shí)時、全球、全天候的導(dǎo)航服務(wù)，但其存在著導(dǎo)航頻率公開、長距離傳輸信號衰減、易受網(wǎng)電攻擊等缺陷，極易被敵方阻斷、削弱或欺騙。量子導(dǎo)航作為量子遙感技術(shù)的一個分支，是一種無需與外界進(jìn)行信息交互的無源自主導(dǎo)航，其基本原理是利用敏感的量子態(tài)原子精確測量地球電磁擾動，通過自身慣性器件實(shí)現(xiàn)姿態(tài)調(diào)整和定位。未來，戰(zhàn)機(jī)、戰(zhàn)車、艦船、潛艇、導(dǎo)彈等武器平臺可以在量子加速器和量子陀螺儀等量子導(dǎo)航設(shè)備的輔助下，不再依托導(dǎo)航衛(wèi)星信號實(shí)現(xiàn)測距和授時，無需定期通過導(dǎo)航衛(wèi)星校正位置，就可隱蔽實(shí)現(xiàn)量子無源精確定位，有效克服傳統(tǒng)衛(wèi)星導(dǎo)航易受物理遮蔽的局限性、傳播途徑的脆弱性，保證在任何時間、任何地點(diǎn)、任何環(huán)境下實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航，其行動隱蔽性、打擊精確度都將大幅超越現(xiàn)有水平。

量子雷達(dá)顛覆傳統(tǒng)探測機(jī)理，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場靈敏探測。傳統(tǒng)雷達(dá)技術(shù)是根據(jù)自身和目標(biāo)間相對運(yùn)動的多普勒效應(yīng)，以電磁波為介質(zhì)，通過接收目標(biāo)物回波，分析測量目標(biāo)物與參照物之間相對距離、徑向速度、方位高度等信息的技術(shù)。傳統(tǒng)雷達(dá)受經(jīng)典電磁波理論限制，不僅發(fā)射功率大、信號處理復(fù)雜，極易被敵方發(fā)現(xiàn)打擊，而且在探測隱身目標(biāo)、對抗虛假信號干擾上能力偏弱。量子雷達(dá)作為量子遙感技術(shù)的另一個分支，其基本原理是通過發(fā)射大量量子波束，在遠(yuǎn)距離接觸目標(biāo)物后，隨機(jī)產(chǎn)生一定數(shù)量的量子反射，量子設(shè)備不再像傳統(tǒng)雷達(dá)捕捉反射的電磁波那樣直接捕獲反射的量子，而是捕獲量子反射時自毀的物理現(xiàn)象，進(jìn)而在雷達(dá)上成像，并確定目標(biāo)物數(shù)據(jù)信息。量子雷達(dá)較傳統(tǒng)雷達(dá)具有極優(yōu)的遠(yuǎn)距離、抗干擾、反輻射、反隱身優(yōu)勢，構(gòu)建超強(qiáng)量子雷達(dá)探測能力，徹底顛覆隱身作戰(zhàn)平臺的作戰(zhàn)優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)對多目標(biāo)快速探測、成像識別，可使敵方戰(zhàn)機(jī)在遠(yuǎn)距之時、潛艇在深海待機(jī)之時、陸上裝備平臺在密林隱蔽之時提前暴露，多數(shù)高價值作戰(zhàn)平臺無處遁形，實(shí)現(xiàn)全天候、反隱身和抗干擾作戰(zhàn)。

量子計(jì)算提升作戰(zhàn)算力水平，實(shí)現(xiàn)快速打擊優(yōu)勢。量子計(jì)算以量子比特為信息編碼基本單位，利用量子態(tài)的疊加特性進(jìn)行并行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)算力指數(shù)級增長，其計(jì)算速度可達(dá)目前具有最快計(jì)算性能計(jì)算機(jī)的數(shù)億萬倍。如美國谷歌公司使用53量子比特的量子處理器“Sycamore（懸鈴木）”運(yùn)行“隨機(jī)線路采樣”，用約200秒的時間進(jìn)行了100萬次采樣，而使用世界排名第一的超級計(jì)算機(jī)Summit則需要1萬年。具有強(qiáng)大的并行運(yùn)算能力的量子計(jì)算機(jī)，可提供超強(qiáng)算力水平，實(shí)現(xiàn)對戰(zhàn)場海量數(shù)據(jù)的快速匯聚與分析計(jì)算，推動戰(zhàn)場物聯(lián)網(wǎng)和各類信息終端即時高效連接，顯著提升作戰(zhàn)評估與決策能力，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場智能化、網(wǎng)絡(luò)化升級，使不同作戰(zhàn)力量、作戰(zhàn)單元、作戰(zhàn)要素間信息高速流動、高速共享、高度融合，將大幅壓縮“OO‐DA”（“觀察—判斷—決策—行動”）的作戰(zhàn)循環(huán)周期，實(shí)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)即秒殺，留給敵方時敏目標(biāo)的生存時間窗口極其短暫。

量子科技助力無人作戰(zhàn)平臺，實(shí)現(xiàn)高度人工智能。戰(zhàn)爭形態(tài)正由機(jī)械化、信息化向智能化方向演進(jìn)，武器裝備遠(yuǎn)程精確化、隱身化、無人化趨勢更加明顯，智能化戰(zhàn)爭初現(xiàn)端倪，“蜂群”“蟻群”“狼群”“魚群”等各種智能化、自主式無人作戰(zhàn)平臺系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。未來以量子互聯(lián)網(wǎng)為載體，以量子通信、量子遙感、量子計(jì)算為核心的量子科技所能提供的聯(lián)通力、探測力、運(yùn)算力是超乎想象的，也必將超乎想象地提升智能化無人作戰(zhàn)平臺系統(tǒng)的智能自主、自行編組、人機(jī)協(xié)同等能力，使其完全無需人工干預(yù)就能獨(dú)立完成獲取信息、判斷態(tài)勢、作出決策、處置情況、自我評估等任務(wù)，甚至是形成機(jī)器特有的獨(dú)立意識。

當(dāng)前，以量子科技快速發(fā)展為標(biāo)志的新的科技革命跡象正在逐步顯現(xiàn)，隨著量子科技基礎(chǔ)理論的進(jìn)一步突破、量子設(shè)備的進(jìn)一步量產(chǎn)，其在軍事領(lǐng)域必將大范圍應(yīng)用，促使戰(zhàn)爭形態(tài)、作戰(zhàn)方式、交戰(zhàn)規(guī)則、指揮模式發(fā)生顛覆性改變。對此，我們應(yīng)審時度勢、抓住機(jī)遇、主動作為，積極研究量子科技理論，創(chuàng)新量子關(guān)鍵核心技術(shù)，培養(yǎng)量子科技高端人才，加快量子科技軍事應(yīng)用步伐，努力爭奪未來戰(zhàn)場戰(zhàn)略制高點(diǎn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]習(xí)近平談治國理政（第三卷）[M].北京：外文出版社，2020.

[2]習(xí)近平.高舉中國特色社會主義偉大旗幟為全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家而團(tuán)結(jié)奮斗——在中國共產(chǎn)黨第二十次全國代表大會上的報告[M].北京：人民出版社，2022.

（作者簡介：王永紅，國防大學(xué)軍事管理學(xué)院副教授；武運(yùn)鵬，國防大學(xué)國家安全學(xué)院副教授；趙亞娟，國防大學(xué)教研保障中心工程師）

責(zé)任編輯/王煥宇

①習(xí)近平：《高舉中國特色社會主義偉大旗幟為全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家而團(tuán)結(jié)奮斗——在中國共產(chǎn)黨第二十次全國代表大會上的報告》，人民出版社2022年版，第35頁。

②同上，第9頁。

③《習(xí)近平在中央政治局第二十四次集體學(xué)習(xí)時強(qiáng)調(diào)深刻認(rèn)識推進(jìn)量子科技發(fā)展重大意義加強(qiáng)量子科技發(fā)展戰(zhàn)略謀劃和系統(tǒng)布局》，《人民日報》2020年10月18日，第1版。

①《量子通信：未來自主可控信息安全生態(tài)的重要保障》，《學(xué)習(xí)時報》2022年1月19日，第6版。

①《量子精密測量：測量精度突破經(jīng)典技術(shù)極限》，《學(xué)習(xí)時報》2022年2月16日，第6版。

②《量子計(jì)算機(jī)進(jìn)入2.0時代》，《解放軍報》2021年12月3日，第11版。

③《量子計(jì)算：后摩爾時代計(jì)算能力提升的解決方案》，《學(xué)習(xí)時報》2022年3月2日，第6版。