自100多年前量子力學創立以來，通過對量子行為統計性的研究，催生了包括核裂變、激光、半導體在內的眾多技術產品，對人類生活以及戰爭樣式產生了重大的影響，被稱為由量子力學引發的第一次技術革命。近年來，隨著量子技術的進一步發展，各國開始廣泛研究包括電子、原子、原子核、分子、準粒子等單個量子系統的行為，人類很可能會由此進入第二次量子革命時代。

論第二次量子革命的發展

01

總體概況

第二次量子技術革命將充分利用量子特性——分子、原子甚至更小粒子的相互作用，加速在不同領域的實際應用。此次技術革命將利用量子物理學的特性來實現新功能，幫助將電子產品的性能以超越摩爾定律的速度提升。此外，量子技術可大幅提升傳統技術可實現的功能，如靈敏度、準確性、速度或易用性等方面（在某些情況下會有幾個數量級的提升）。由此，量子技術可能會成為納米、生物、信息和神經等其他技術的加速器，大大提升計算、通信、密碼學、導航和感知能力。針對戰爭范疇，量子科學將確保強大的傳感器和射手網絡能夠在虛擬和物理域加速探測、評估、瞄準和打擊流程，提高殺傷鏈運轉速度，以獲取戰場優勢。

“量子戰爭”概念圖

根據北約評估，目前以美國等國為代表的軍事強國都將量子技術作為長期國防規劃的前沿領域，在技術不斷迭代的情況下，很可能將對現有戰爭樣式產生顛覆性改變。

02

基本賦能樣式

從應用賦能角度，可將第二次量子革命技術分為量子計算、量子網絡/通信以及量子傳感、成像幾大類。

2.1量子計算

量子計算是一種新型計算模式，受量子力學規律調控，基于量子信息單元完成計算，顯著區別于傳統計算模式。基于量子糾纏態計算建立的計算機被稱為量子計算機，典型代表包括可編程量子計算機、量子退火器（一種不完美的絕熱計算）和量子模擬器。量子計算機的硬件基于糾纏態光量子的生成和湮滅，遵循量子計算理論，處理和計算的不再是簡單電平信號而是量子信息，運行的基本邏輯也不再是簡單的與或非門電路，而是量子算法，可提供比經典計算機更大的計算優勢。該技術距離實際應用至少還需10年時間，在可預測范圍內不會全面取代經典計算機。

2.2量子網絡/通信

量子網絡/通信是通過光纖線路或太空空間通信等各種渠道傳輸量子信息（量子比特）。第一代量子網絡中唯一的實際應用是量子密鑰分發（QKD）。QKD與傳統的非對稱加密（也稱為公鑰加密）相比的一個顯著優勢是，任何攔截或竊聽嘗試都會立即被發現。QKD在商業上可與光纖一起使用，商用QKD服務可能將在未來兩到五年內推出。注意，QKD通常被認為是不可破解的，但這僅適用于正確實施的量子信息傳輸途徑上，而由經典計算機控制的端點將仍然是進攻性網絡行動的目標。

下一代量子網絡，被稱為量子信息網絡（QIN）或量子互聯網，其分發糾纏量子比特的能力有所不同。QIN將提供更多與安全相關的服務，如安全識別、位置驗證和分布式量子計算。相關技術應用也將推動高精度的時鐘同步和聯網的量子傳感器的發展。量子互聯網實現的最大障礙是缺少可靠的量子存儲器來存儲量子信息，難以找到可靠地存儲也就難以實現在多個中間節點的網絡上實施同步和分發。量子互聯網預計將在2030年后才能逐步應用。

2.3量子傳感

量子傳感旨在更精確地測量各種物理變量，如磁場或電場、重力梯度、加速度和時間。加強化的時間測量可用于獲取更精確的時鐘（許多當前技術使用）、量子慣性導航、地下和海底探測、更有效的射頻通信等領域。量子傳感是目前發展最成熟的量子技術（平均最高TRL），但目前部署的傳感器的有效性仍具備很大的不確定性。此外，在軍事應用上往往需要具有低SWaP（尺寸、重量和功率）的便攜式或移動解決方案。同時，量子傳感器的空間分辨率需要提高，這通常與靈敏度成反比。例如，使用高精度的量子傳感器實現從太空探測潛艇這種功能是不可能的，因為高空間分辨率通常將導致靈敏度不足。另一方面，一些量子傳感器實用化發展迅速，如量子導航中的傳感器，預計將在未來五年內做到能夠在相關領域環境中進行測試。

2.4量子成像

量子成像是量子光學的一個子領域，與量子傳感器（測量一些外部量）相比，它往往是有源體制（即，發射一些信號，需要檢測其反射信號）。信噪比（SNR）代表傳感器靈敏度的基本極限。然而，使用量子糾纏可以獲取更高的SNR，因為在沒有糾纏相關先驗知識的情況下，信號本身可能在背景噪聲中無法被識別。量子成像可以改進現有技術，如量子雷達、三維相機、角落攝像頭、氣體泄漏攝像頭和低能見度視覺設備。

03

國防應用分析

歷史無數次證明，國防建設往往會成為新興技術創新的最大驅動力。目前，盡管各國在量子技術上投入巨大，但現有能力仍處于實驗室階段，技術成熟度較低。在未來作戰中，量子技術可能在以下應用領域嶄露頭角。

3.1量子通信應用

自由空間量子通信將是未來量子互聯網的一個重要抓手，越來越多的量子通信資產將被部署在空天領域。但作為軍事或政府衛星通信服務的一部分，其發展需要新的基礎設施和更多的投資。此外，目前的產品性能對于實際應用來說太低，量子網絡的低密度使其非常脆弱。空天領域的量子通信系統目前還是主要用于研究和開發、概念驗證演示以及實驗性應用，且更多的是商業應用。從未來發展看，隨著量子存儲器的可靠性不斷提升，以及高速量子光學的進一步發展，2030年后可能會在太空中廣泛部署的量子物聯網。此外，與抗量子密碼學（PQC）高度相關的量子密碼學也將成為量子通信的關鍵能力——PQC僅通過軟件的升級便能實現，這意味著更短的部署時間，并能夠依托現有的經典網絡進行應用。

3.2量子情監偵（ISR）應用

量子技術可廣泛賦能各種空天感知和成像系統，也可顯著改進現有ISR能力。將量子ISR能力與傳統能力相融合，可以利用兩者的優勢并抵消兩者的缺點，從而開創ISR的新紀元。然而，充分實現這些可能性將取決于量子計算和通信的發展程度。

以量子成像系統為例，該系統可以進一步發揮情報、監視、目標捕獲和偵察的作用，涵蓋遠/近距離、有源/無源狀態下的全天候、晝夜戰術感知和隱身探測模式。此類系統可以作為低光或低信噪比的視覺設備，在有云、霧、灰塵、煙霧和叢林樹葉的環境中或在夜間工作。典型應用可幫助直升機飛行員在多塵、多霧或煙霧環境中著陸。

3.3量子磁傳感器和重力傳感器

量子磁傳感器檢測磁場，可精準探測局部磁場異常或微弱的生物磁信號，目前這類系統正處于開發階段，用于探測產生局部磁異常的金屬物體，如地雷、簡易爆炸裝置、潛艇、偽裝車輛等。此外，量子磁傳感器也可以作為水下導航的替代方法。量子重力傳感器正在開發地下監視系統，測試探測地下結構能力，如洞穴、隧道、掩體、研究設施或導彈發射井。這兩種傳感器都可以部署在近地軌道的機載系統或太空資產上。

3.4 量子射頻接收機

量子射頻接收機能夠提升探測性能，例如更寬的頻帶、更好的SNR、更小的尺寸、更好的到達角檢測性，且具備自校準能力，不存在因金屬部件產生的額外噪聲，其光學狀態下的輸出將實現更快的信號處理和強弱場的測量能力。在國防應用中，量子射頻接收機可以接收低截獲概率/低探測概率（LPI/LPD）通信和超視距射頻信號，能夠滿足抗射頻干擾和干擾、射頻測向和太赫茲頻率成像的技術需求。未來，量子射頻接收機具有成為5G和物聯網標準射頻接收機的潛力，有助于在提升己方通信效能的同時，強化對敵方信號的檢測能力，并可對現有射頻設備進行高效校準。

3.5量子導航應用

量子慣性導航與經典慣性導航類似，但使用的是量子傳感器。量子慣導零件正在實驗室和相關環境中進行測試，并已展示出了足以用于軍事用途的穩定性。然而，創建一個完整的量子慣性測量單元仍然具有挑戰性。針對此技術的一般預期是其導航精度將達到每月僅幾百米的漂移速度，而當前海上慣性導航傳統設備（軍用船舶和潛艇）的漂移速度為1.8公里/天，量子技術將展現出極佳優勢。第一批可能的用戶是對SWaP指標限制最小的潛艇。隨著時間的推移，有可能會實現量子導航系統的進一步小型化，可在飛機、無人機和導彈廣泛部署。

3.6量子計算應用

在軍事領域，量子計算在機器學習、人工智能、飛行器設計、虛擬系統等方面都展現出了極大的應用潛力，將有望對ISR信息處理、戰場指揮控制等領域的能力升級起到推動作用。

04

結語

從長遠來看，量子技術在從傳感到通信再到計算的廣泛應用中具有巨大的前景。在可預見的未來，量子技術可能不會在短時間內就徹底改變國防裝備。舉例而言，量子傳感器的成熟可能需要3-10年時間，量子通信則需5-10年，而量子計算甚至可能在10至20年內都難以達到理想狀態。此外，盡管量子技術的原理在實驗室中獲得了巨大的成果，但從實驗室至實際應用的轉化還存在很多問題，比如低SWaP、機動性以及制造成本，這些都是現實不可忽視的重大瓶頸，需對其進一步研究和思考。

（全文完）

審核編輯 ：李倩