Vector Atomic 和 Infleqtion 等公司正在幫助軍方利用量子技術開發地下傳感、安全通信和 GPS 替代品。
By 傑里米·博蓋斯基
If漂浮的間諜氣球 高於美國是 19 世紀科技戰爭的一個例子，將量子視為不久的將來。
多年來，五角大樓一直在尋找利用量子物理學發動戰爭的新方法，無論是開發更強大的計算機、支持 GPS、加強通信安全，還是創造可以更好地探測水下潛艇和地下掩體的監視手段。 存在緊迫性：中國也在大力投資以提升這些能力。
以全球定位系統為例。 如果中美髮生武裝衝突，雙方首先會針對對方的全球定位系統。 想像一下，如果沒有它，地面上的混亂和天空中的混亂。
研究人員正在開發量子增強型導航系統，使船舶和飛機能夠在 GPS 中斷的情況下保持在航線上，並更準確地將導彈引導至目標。 其中一部分涉及創建更精確的原子鐘，因為 GPS 本質上是一個計時系統——計算衛星和地面接收器之間的時間差。 空軍研究實驗室副主任邁克爾·海杜克說，這項技術將在五年內準備就緒。
“這將以相當顯著的方式改變世界，你不必等待太久，”Infleqtion 的物理學家兼副總裁 William Clark 說，Infleqtion 是該領域的領導者之一，是一家初創公司。 福布斯.
準備好了沒
國防部對一系列量子技術的準備情況和預期軍事影響的評估。
在與中國的科技競賽中，五角大樓加大了包括量子科學在內的許多領域的研發支出。 政府機構在 918 財年有 2022 億美元用於量子研發，高於 449 年的 2019 億美元，其中空軍研究實驗室、國防高級研究計劃局和海軍研究辦公室是主要資助者。 他們的貢獻得到了越來越多的風險投資的補充。 根據 Pitchbook 的數據，美國量子初創公司在 870 年吸收了 2022 億美元的資金，幾乎是 2020 年的兩倍。
大部分重點都放在開發量子計算機上。 經典計算基於為一或零的“位”，而量子計算使用亞原子粒子作為“量子位”。 由於疊加的量子現象，量子比特可以同時為一和零，或者兩者之間的比例，這可以讓它們被用來快速解決當前機器無法解決的複雜問題。
有用的量子計算機可能還需要十年或更長時間，但一些控制單個原子和光子的基礎研究即將被用於製造更精確的傳感器，包括跟踪運動的傳感器，如加速度計和陀螺儀，作為以及檢測重力和磁場微小變化的設備。
量子飛躍
軍方正在研究量子技術的一系列應用。
2017年報告 中國在量子磁力測量方面的突破引發了人們的猜測，即它可能能夠部署一個機載設備網絡來探測數英里外的水下潛艇。 許多專家持懷疑態度，但從長遠來看，預計量子重力儀和磁力計將能夠更準確地繪製地下特徵圖，如石油和礦藏、地下水位、掩體和隧道。
加密
中國在量子計算方面取得突破的威脅已經對網絡安全產生了影響。 國安人士稱，中國等敵對國家正在 收集加密通訊 和來自美國的其他敏感數據，並將其存儲到量子計算機強大到足以破解其加密的那一天。
去年，拜登政府和國會採取措施推動政府機構過渡到新的“後量子”加密方法，這些方法被認為對量子計算機來說是堅不可摧的。
中國正在採取一種不同且代價更高的策略來應對量子密碼破解的威脅。 該國開發了連接主要城市的數千英里光纖電纜網絡，這些城市通過光子分發隨機量子密鑰以確保通信安全。 由於量子力學的性質，人們認為任何竊聽此類網絡的嘗試都會改變光子，從而提醒用戶。 中國也是第一個通過衛星演示量子密鑰分配的國家。
憑藉這些努力，中國在量子通信領域領先於美國， 蘭德研究 去年結束。 蘭德公司的研究人員寫道，美國在量子計算方面處於領先地位，但尚不清楚兩者是否在傳感方面具有優勢。
授時與導航
當前一代的衛星 GPS 只能估計三米以內的位置。 量子物理學將允許更高的精度。
在實驗室中，科學家們已經開發出更精確的、房間大小的原子鐘，該原子鐘基於光學激光器，這些原子鐘在數十億年後會丟失一秒。 Vector Atomic 是少數幾家致力於開發更小、更堅固耐用的日常現場時鐘的公司之一，以實驗室突破的尖端性能換取可靠性和實用性。
去年夏天，在環太平洋 (RIMPAC) 多國海軍演習中，這家總部位於加利福尼亞州的初創公司表示，它展示了裝在一個相對緊湊的 40 升包裝中的船載光學時鐘，該時鐘在大約一個小時後會偏離精度 10 萬億分之一秒。 當前的衛星 GPS 時鐘在 20 秒後漂移那麼多。
這種改進可能會帶來很多好處。 GPS 將保持準確，減少從地面更新衛星時鐘的頻率。 與可以拉近 GPS 信號的近地軌道衛星配合使用時，更精確的計時可以將精度提高到厘米以內。 這意味著，例如，GPS 可以讓無人駕駛車輛保持在車道上。
更好的定時還可以更有效地使用蜂窩網絡和其他無線網絡，將更多用戶打包到目前被認為高度擁擠的頻譜中。
便攜式原子鐘可以安裝在飛機或地面車輛上。 Vector Atomic 首席執行官 Jamil Abo-Shaeer 在 DARPA 管理量子計劃從 2010 年到 2014 年。
該公司在獲得超過 50 萬美元的政府研究合同的同時沒有接受風險投資，正在與海軍和 DARPA 合作開展項目，以縮小其時鐘的尺寸，使其比隨身攜帶的行李箱還小。
同樣在 RIMPAC 上，Vector Atomic 展示了一個緊湊的量子重力儀與一個標準的慣性導航系統配對，有望讓海軍艦艇在沒有 GPS 的情況下導航。 由於海底地形的變化，該設備測量局部重力強度的微小變化。 Abo-Shaeer 說，通過將測量結果與重力圖進行比較，該設備能夠糾正船舶慣性導航系統的漂移，從而在使用三週後準確定位船舶的位置。
該公司相信，在兩到三年內，它將能夠開始商業化一種小到可以放入汽車後備箱的節能版本。
其他幾家公司也在研究量子慣性傳感器，包括總部位於澳大利亞的 Q-CTRL，該公司計劃在 2023 年年中與合作夥伴 Advanced Navigation 一起進行量子導航系統的現場演示。 總部位於科羅拉多州的 Infleqtion 是英國項目的一部分，該項目旨在為個人車輛開發量子定位系統。 該公司正在為該計劃建造的量子陀螺儀將於 2024 年進行飛行測試。
通訊
在 DARPA 的資助下，去年從 ColdQuanta 更名的 Infleqtion 也在開發量子無線電接收器來取代衛星天線。 它們可以調諧到整個頻譜的頻率，從軍用戰術無線電使用的 HF 和 UHF 頻段到 SpaceX 的 Starlink 衛星寬帶網絡使用的 K 頻段。 Clark 說，該技術將使一台設備能夠替代目前十台不同接收器的功能。
到 2025 年，該公司計劃展示一種袖珍型六波段接收器，該接收器帶有激光器和後端電子設備，尺寸縮小到小鞋盒大小。
更進一步，克拉克說，類似的技術可能會被用來製造一個可調諧的多波段發射器。 “那將是聖杯，”他告訴 福布斯. “它就像你的星際迷航通訊器，在一個小設備中完成傳輸和接收。”
競爭
蘭德公司研究員愛德華帕克告訴記者，雖然蘇聯產生了一些 20 世紀最偉大的理論物理學家，但沒有太多跡象表明俄羅斯今天正在開發重要的量子技術 福布斯.
中國在量子技術方面的工作集中在大型國家實驗室。 帕克說，與擁有眾多私營公司的美國相比，這可能使其在量子傳感器商業化方面處於劣勢。
“現在要在量子傳感方面取得的真正進展不一定是實驗室工作或學術工作，而是使其可用於現場，”帕克說。 “我不清楚他們是否有私營部門的基礎設施來做這種實質性的工作。”
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來源：https://www.forbes.com/sites/jeremybogaisky/2023/02/13/the-spy-balloon-is-just-the-start-venture-capital-joins-pentagon-in-spending-big-挫敗中國的量子技術戰爭/