量子科技的未來影響與軍事價值

王永紅 武運鵬 趙亞娟

黨的二十大報告指出：“以國家戰(zhàn)略需求為導向，集聚力量進行原創(chuàng)性引領(lǐng)性科技攻關(guān)，堅決打贏關(guān)鍵核心技術(shù)攻堅戰(zhàn)。”①習近平：《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。習近平總書記在總結(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，包括載人航天、探月探火、衛(wèi)星導航、量子信息等一些關(guān)鍵核心技術(shù)實現(xiàn)突破，取得重大成果。②同上，第9頁。量子力學的物理理論研究歷史已長達一個多世紀，近年來以量子力學為理論基礎(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

習近平總書記指出：“要充分認識推進量子科技發(fā)展的重要性和緊迫性，加強量子科技發(fā)展戰(zhàn)略謀劃和系統(tǒng)布局，把握大趨勢，下好先手棋。”③《習近平在中央政治局第二十四次集體學習時強調(diào) 深刻認識推進量子科技發(fā)展重大意義 加強量子科技發(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。量子信息技術(shù)是量子物理與信息技術(shù)相結(jié)合發(fā)展起來的新學科，主要包括量子通信、量子遙感和量子計算等領(lǐng)域。近年來不斷突破的量子科技正在開啟新的機遇之門。

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、計算機及信息技術(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)。量子科技被認為是“21世紀改變世界的關(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)量子力學的測不準原理，構(gòu)建“一次一密、完全隨機”的量子密鑰，突破傳統(tǒng)經(jīng)典加密體系限制，實現(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，實現(xiàn)對目標物的精確測量。量子計算是利用量子態(tài)的疊加特性，進行信息編碼、存儲和計算，突破摩爾定律，實現(xiàn)計算機算力指數(shù)級增長。

構(gòu)筑科技新優(yōu)勢的戰(zhàn)略制高點。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，通過對量子進行具體細微操作，來實現(xiàn)超越人類普通認知的信息通信、信息加密、信息計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。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，為信息科學的發(fā)展提供新的原理和方法，對架構(gòu)其上的計算機、通信、軟件等產(chǎn)生革命性影響，進而對作戰(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》實施為期10年的“國家量子計劃”，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量子科技突破。美國在量子遙感和量子計算等方面研究頗深，桑迪亞國家實驗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航的最新技術(shù)。日本同時推動10余個量子科技研發(fā)項目，形成了超導量子電路、量子算法、光晶格鐘、約瑟夫森量子計算機等一批前沿成果。俄羅斯在量子存儲和商業(yè)量子計算機方面邁出重要一步，首次證明了使用超導量子比特鏈來實現(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、安全通信和量子計算等，研究開發(fā)重力探測器、量子模擬器、量子計算機和微型原子鐘等。

我國應(yīng)當持續(xù)擴大量子技術(shù)優(yōu)勢。20世紀90年代，我國開始進入量子科技領(lǐng)域。2021年3月，“十四五”規(guī)劃提出，要加強關(guān)鍵數(shù)字技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用，加快布局量子計算、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，組織實施未來產(chǎn)業(yè)孵化與加速計劃，謀劃布局未來產(chǎn)業(yè)。2016年完成國際上首條遠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《量子通信：未來自主可控信息安全生態(tài)的重要保障》，《學習時報》2022年1月19日，第6版。在量子精密測量方面不斷追趕國際先進水平，2018年首次實現(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、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《量子精密測量：測量精度突破經(jīng)典技術(shù)極限》，《學習時報》2022年2月16日，第6版。我國正在對可擴展量子計算的物理體系開展系統(tǒng)性研究，2021年成功構(gòu)建具有66個量子可編程超導量子計算原型機“祖沖之二號”和具有113個光子、144模式的光量子計算原型機“九章二號”，②《量子計算機進入2.0時代》，《解放軍報》2021年12月3日，第11版。使我國成為世界上唯一在超導量子和光量子兩種體系下達到量子優(yōu)越性里程碑的國家。③《量子計算：后摩爾時代計算能力提升的解決方案》，《學習時報》2022年3月2日，第6版。

量子科技在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用機理

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

量子通信賦能軍事信息網(wǎng)絡(luò)，實現(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)計不健全，存在截獲、中斷、篡改、偽造等嚴重網(wǎng)絡(luò)信息安全威脅。二是信息保密基于經(jīng)典加密體系的復雜計算，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，量子計算機只需4分鐘就可完成經(jīng)典計算機1000年的運算量，其強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)嵱谩Ｗ鳛榱孔油ㄐ琶荑€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、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，將有效彌補深空通信、水下通信短板。

量子導航革新軍事定位手段，實現(xiàn)無源精準定位。軍事導航技術(shù)是引導武器裝備系統(tǒng)沿著預定線路到達預定地點，并隨時給出其即時準確位置的技術(shù)。在衛(wèi)星、雷達、地形輔助、慣性等多種有源無源傳統(tǒng)軍事導航方式中，最為常見和重要的就是衛(wèi)星導航，通過發(fā)送和接收衛(wèi)星信號，提供實時、全球、全天候的導航服務(wù)，但其存在著導航頻率公開、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。量子導航作為量子遙感技術(shù)的一個分支，是一種無需與外界進行信息交互的無源自主導航，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現(xiàn)姿態(tài)調(diào)整和定位。未來，戰(zhàn)機、戰(zhàn)車、艦船、潛艇、導彈等武器平臺可以在量子加速器和量子陀螺儀等量子導航設(shè)備的輔助下，不再依托導航衛(wèi)星信號實現(xiàn)測距和授時，無需定期通過導航衛(wèi)星校正位置，就可隱蔽實現(xiàn)量子無源精確定位，有效克服傳統(tǒng)衛(wèi)星導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、任何環(huán)境下實現(xiàn)導航，其行動隱蔽性、打擊精確度都將大幅超越現(xiàn)有水平。

量子雷達顛覆傳統(tǒng)探測機理，實現(xiàn)戰(zhàn)場靈敏探測。傳統(tǒng)雷達技術(shù)是根據(jù)自身和目標間相對運動的多普勒效應(yīng)，以電磁波為介質(zhì)，通過接收目標物回波，分析測量目標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)雷達受經(jīng)典電磁波理論限制，不僅發(fā)射功率大、信號處理復雜，極易被敵方發(fā)現(xiàn)打擊，而且在探測隱身目標、對抗虛假信號干擾上能力偏弱。量子雷達作為量子遙感技術(shù)的另一個分支，其基本原理是通過發(fā)射大量量子波束，在遠距離接觸目標物后，隨機產(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，進而在雷達上成像，并確定目標物數(shù)據(jù)信息。量子雷達較傳統(tǒng)雷達具有極優(yōu)的遠距離、抗干擾、反輻射、反隱身優(yōu)勢，構(gòu)建超強量子雷達探測能力，徹底顛覆隱身作戰(zhàn)平臺的作戰(zhàn)優(yōu)勢，實現(xiàn)對多目標快速探測、成像識別，可使敵方戰(zhàn)機在遠距之時、潛艇在深海待機之時、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，實現(xiàn)全天候、反隱身和抗干擾作戰(zhàn)。

量子計算提升作戰(zhàn)算力水平，實現(xiàn)快速打擊優(yōu)勢。量子計算以量子比特為信息編碼基本單位，利用量子態(tài)的疊加特性進行并行計算，實現(xiàn)算力指數(shù)級增長，其計算速度可達目前具有最快計算性能計算機的數(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）”運行“隨機線路采樣”，用約200秒的時間進行了100萬次采樣，而使用世界排名第一的超級計算機Summit則需要1萬年。具有強大的并行運算能力的量子計算機，可提供超強算力水平，實現(xiàn)對戰(zhàn)場海量數(shù)據(jù)的快速匯聚與分析計算，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“OODA”（“觀察—判斷—決策—行動”）的作戰(zhàn)循環(huán)周期，實現(xiàn)發(fā)現(xiàn)即秒殺，留給敵方時敏目標的生存時間窗口極其短暫。

量子科技助力無人作戰(zhàn)平臺，實現(xiàn)高度人工智能。戰(zhàn)爭形態(tài)正由機械化、信息化向智能化方向演進，武器裝備遠程精確化、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、量子計算為核心的量子科技所能提供的聯(lián)通力、探測力、運算力是超乎想象的，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、人機協(xié)同等能力，使其完全無需人工干預就能獨立完成獲取信息、判斷態(tài)勢、作出決策、處置情況、自我評估等任務(wù)，甚至是形成機器特有的獨立意識。

當前，以量子科技快速發(fā)展為標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)理論的進一步突破、量子設(shè)備的進一步量產(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。