美國量子信息技術軍事化的動因、規劃、應用與風險

肖迅韜

以量子信息技術為代表的量子調控，帶來第二次量子革命，使人類對量子世界的探索從單純“探測時代”走向主動“調控時代”。作為創新引領新疆域的顛覆性技術，量子信息技術在國防領域的重要性日益凸顯，有望塑造全球軍事新變革和未來戰爭新形態。基于技術優勢獲得戰略優勢的歷史經驗和技術霸權相對衰落的焦慮心理，美國高度重視量子信息技術的軍事化，美國防部已將量子信息技術列為六大顛覆性基礎研究領域之一，協同美能源部、美國家標準與技術研究院、美國家科學基金會、美國土安全部等部門以及IBM、谷歌等私營企業投入研發資金，聚焦量子信息技術的基礎理論研究，匯聚美國政府機構、軍方和私營企業的資源和能力，旨在加快推進量子計算、量子通信、量子傳感等方面的最新成果在軍事領域應用落地。

美國量子信息技術軍事化的動因

美國政府與軍方已將量子信息技術作為增強美軍戰力、維持非對稱軍事優勢的潛在重要手段。量子信息技術的軍事化，既是對美軍“技術制勝”戰略傳統的支撐，也是維護美國家安全的重要保障，更是塑造相對其他大國的軍事優勢、應對霸權衰落的現實需要。上述三方面因素共同推動量子信息技術在美國的軍事化進程。

基于“技術制勝”的戰略傳統美國軍事戰略思維崇尚科技能力，重視對新技術、新概念的創造性應用，推崇基于非對稱優勢的“技術制勝”論。代表信息時代下一個前沿的量子信息技術被美軍視為未來進一步強化非對稱軍事優勢的關鍵驅動因素：量子計算和仿真技術具備高速處理大規模數據和解決復雜問題的潛力，可為軍方提供更高效、更智能的戰場決策支持和仿真模擬；基于量子加密的量子通信技術能夠為軍方提供無法被對手破譯的安全信息傳輸和通信保密能力；量子傳感可為軍方提供更精確、更靈敏的戰場態勢感知能力。可以看出，量子信息技術的軍事化將為美軍“技術制勝”戰略提供強大支撐。

維護國家安全的重要保障在當前國際環境下，信息安全和通信保密對國家安全至關重要。隨著密碼分析理論的不斷發展和機器算力的規模性增長，美國家標準與技術研究院頒布的國際公認最先進、應用范圍最廣的兩大密碼算法MD5和SHA-1相繼被破譯，意味著傳統的信息加密技術已經不再安全可靠。尋求基于量子信息技術的安全、可靠的通信替代方案已成為美軍方和情報機構保障國家通信系統安全，防止競爭對手和敵對勢力竊取關鍵信息的核心任務。

管理霸權衰落的現實需要進入21世紀后，美國先后遭遇安全危機、經濟危機和制度危機的連續沖擊，導致其硬實力和軟實力均呈下降態勢。美國對自身霸權衰落的危機認知日甚，希望通過在高科技領域的發力達成霸權護持的戰略目標。量子信息技術被視為未來科技領域的重要突破口，美軍方企圖借助在量子信息技術軍事化進程中所取得的最新成果來強化對競爭對手和敵對勢力的降維打擊能力，鞏固美國在全球事務中的“話語權”，繼續維護其在全球的霸權地位。

美國量子信息技術軍事化的發展規劃

量子信息技術作為美國家科學技術委員會（NSTC）2022年2月發布的《關鍵和新興技術清單》中的核心新興技術，已成為美軍為應對未來戰爭而著力推進的研發領域。美國防部協同政府部門、研究機構和私營企業加大對量子信息技術的應用研發，發布一系列指導性文件，從重點關注、資金投入、技術合作等多個層面為量子信息技術軍事化提供政策引領和資金支持。

量子計算機硬件研究計劃挑戰了長期以來生物傳感器主要利用經典物理學的觀點，為新型傳感器設計奠定了基礎

重點關注美國防部結合現代戰爭的應用需求，重點聚焦于量子計算、量子通信、量子傳感等核心領域的研究。2002年，DARPA制定了《量子信息科學和技術發展規劃》，明確了量子信息技術發展的主要步驟和時間表，并于2007年將量子信息技術作為核心技術列入其戰略規劃。2015年，美陸軍研究實驗室發布《2015—2019年技術實施計劃》，提出2015至2030財年量子信息科學研發目標與基礎設施建設目標。2018年，美國防部增設了量子科學首席主任職位，以領導國防部量子信息技術的研發工作，該年度的《國家防務戰略報告》指出，量子信息技術是未來科技競爭的重要領域之一，將加強對量子計算、量子通信、量子傳感等領域的投資和研發。2019年12月，美國防部國防科學委員會在撰寫的《量子技術的應用》報告中概述了美國在量子傳感、量子計算以及量子通信與糾纏領域的主要發現，認為量子傳感系統、量子計算和量子通信系統的應用將為美國防部開創量子賦能的新時代。2021年5月，美國會研究服務中心提交了關于量子信息技術軍事應用的報告《首要的防務：量子技術》，該報告認為在國防應用中最有前途的量子信息技術為：量子傳感、量子通信和量子計算。2022年1月，美國白宮首次將量子通信中核心加密技術：后量子密碼（Post-Quantum Cryptography，又稱抗量子密碼）納入國家安全備忘錄（NSM-8）中。后量子密碼是能夠抵御傳統計算機和量子計算機攻擊的密碼算法，是量子信息時代維護通信安全的關鍵核心技術。美國防部、美國土安全部、美國家標準與技術研究院等部門高度重視后量子密碼技術，長期推進相關技術遴選和標準化工作。2021年10月，美國土安全部與美國家標準與技術研究院發布《后量子密碼過渡路線圖》，預計2024年發布后量子密碼標準，2024至2030年開展標準的應用轉化工作。2023年4月12日，美國防部長辦公室宣布啟動“量子躍遷加速”計劃，旨在加速量子技術轉型，并促進其供應鏈成熟。

資金投入美國防部在量子信息技術領域的資金投入巨大，金額呈不斷增長的態勢。依據《2018年度國防授權法案》，美國防部獲批1.87億美元用于量子計算機和相關量子信息技術的研發；在《2022年度國防授權法案》中，美國防部在量子信息科學、技術和應用方面的預算達到10億美元，相比于2018年，投入金額增長5倍多。在國家層面，2018年12月21日，時任總統特朗普簽署《國家量子倡議法案》，承諾在五年內撥款10億美元支持美國量子信息技術的研發；2022年8月，拜登總統簽署的《2022年芯片和科學法案》為量子信息技術提供五年總計7.73億美元的研發資金，用于支持量子信息技術的基礎研究、應用開發和商業化。統計數據顯示，在2017年以前，美國聯邦政府每年投入到量子領域的研發資金大約為2億美元；在《國家量子倡議法案》實施后，投入金額呈現顯著上漲趨勢：2019年為4.5億美元，2020年達5.8億美元，2021年增長到7.1億美元。

美國量子科學中心于2023年 5 月 22 -24 日舉行了首次全體員工會議

技術合作在量子信息技術的研發上，美國與盟友、伙伴國以及私營企業之間展開了廣泛的技術合作，同時積極推進量子信息技術軍民融合發展戰略，旨在加快實現量子信息技術的商業化和軍事化。自2019年開始，美國分別與日本、英國、澳大利亞、韓國等盟友簽署了一系列合作協議，建立量子研究伙伴關系，在量子通信、量子計算等領域展開技術合作，如2019年12月，美國政府與日本政府簽署了《量子合作東京聲明》，確立了兩國在量子信息科學領域的技術聯盟；2021年，美國與英國、日本、加拿大、意大利等國聯合開發基于衛星的量子加密網絡，利用量子信息領域的技術創新來防范日益復雜的網絡攻擊；2022年4月，美英澳三國達成《“奧庫斯”量子協議》，三國承諾將加速對量子信息技術的合作研發，以提供下一代量子能力。

《2019年度國防授權法》授權美國防部推進量子信息技術的軍民融合，加大與私營企業合作：美國防部正在與IBM、Google、Intel等公司合作，開發適用于軍事應用的量子計算機；美空軍研究實驗室正與霍尼韋爾國際公司合作，開發具有高度穩定性的量子計算機。《2020年度國防授權法》授權美各軍種下屬常設研究機構設立量子信息科學研究中心，以便各軍種協同量子信息技術的軍事化進程。2022年5月，美海軍研究實驗室宣布與美陸軍研究實驗室、美海軍天文臺、美國家標準與技術研究院、美國家安全局、美國中央安全服務研究局、美國家航空航天局聯合成立華盛頓城域量子網絡研究聯盟，旨在創建一個可靠的量子網絡區域試驗平臺。

美國量子信息技術軍事化的潛在應用領域

美國防部國防科學委員會確定的量子信息技術軍事化的三大主攻方向，即量子傳感、量子通信和量子計算，可分別應用于戰場目標探測與偵察、安全通信與加密以及大規模計算與仿真。

目標探測與偵察量子傳感與成像技術在軍事目標探測和偵察方面具有巨大潛力。量子傳感技術利用量子糾纏、量子不確定性等量子物理屬性，實現對未知環境參數的高精度、高靈敏度、高分辨率的感知。美陸軍指揮、控制、通信、計算機、網絡、情報、監視和偵察中心的研究人員基于里德堡原子開發了一種新型量子傳感器，該量子傳感器利用里德堡原子暴露于不同電磁場時的不同反應，可連續靈敏地探測跨波段的電磁輻射信號。美海軍致力于為航母艦載戰斗機和海上巡邏機裝備先進的量子傳感器系統，以提升航母艦隊的對海/對陸探測能力和實時數據共享能力。美陸軍研究實驗室在量子成像關鍵技術方面取得進展，在低光照和氣流紊亂情況下，采用量子成像技術生成遠距離目標的高清晰的圖像。基于量子成像的偵察衛星也在緊鑼密鼓地展開研發，旨在利用量子技術顯著提升情報獲取、戰場目標探測與偵察能力。

佛羅里達大西洋大學的沃納·A.米勒博士與 Qubitekk 和 L3Harris 合作，開發首個基于無人機的移動量子網絡

安全通信與加密量子通信是量子信息技術在軍事領域中最普適的應用之一。量子通信技術是一種全新的通信技術，其原理是利用量子糾纏和量子隱形傳態的特性來實現安全的信息傳輸。2022年5月，在美國防部部長辦公室牽頭下，美國防承包商L 3Harris公司、佛羅里達大西洋大學、量子技術公司Qubitekk合作為美空軍開發首個基于無人機的移動量子通信網絡，該移動量子通信網絡用于共享量子加密信息，確保無人機在惡劣戰場環境下的安全通信能力。目前，白宮和五角大樓已安裝量子通信系統并投入使用。

量子密碼為量子通信提供數據加密保護。美軍方重點聚焦于后量子密碼的研究，旨在用具備量子密鑰分發能力的后量子密碼算法取代傳統的不對稱加密方案，以確保國防通信具備不受強大量子計算機攻擊的加密能力。2022年7月，美國家標準與技術研究院首次發布4種后量子加密算法，這是自2016年美國家標準與技術研究院啟動后量子密碼標準化項目以來，首次發布入圍標準的后量子算法，意在為抵御未來可能受到的量子計算機破解攻擊提前布局。美國家安全局已研究出兩種后量子加密方案：New Hope和Circuit ORAM。New Hope作為一種基于格的加密方案，可以在未來遭受量子破解攻擊下確保軍方通信安全；Circuit ORAM是一種基于多線性映射的加密方案，未來為云存儲在遭受量子攻擊時提供安全保護。

大規模計算與仿真戰場大規模計算與仿真是量子計算的一個潛在的軍事應用領域。現代化戰爭需要實時動態感知戰場態勢，并能對敵方攻擊做出精準攔截，這就需要計算機具備高效處理復雜問題的大規模數據計算能力。針對傳統計算機性能受限于摩爾定律的困境，以量子為核心的量子計算機，利用強大的量子計算能力為現代戰爭提供大規模算力支撐。2018年，美國防部設立了國防部量子計算科學中心，旨在加快量子計算技術的發展。美國DARPA投入資金，啟動了“量子計算機硬件研究計劃”，旨在研發基于超導量子比特的量子計算機；美國家安全局啟動了“量子計算機軟件研究計劃”，用以資助對量子計算機軟件和算法的研發，該計劃已經開發出了一些適用于量子計算機的算法，如Grover和Shor算法。美國防部預計未來將研究成果應用在大規模戰爭的兵棋推演、戰場實時仿真，以及加快美導彈攻防系統、大型海空作戰武器平臺、軍事航天裝備等復雜武器系統的設計和試驗進程上。此外，量子計算與人工智能相結合，為武器智能化提供了廣闊的發展空間，將深刻改變現代戰場的形態。

美國家標準與技術研究院公布的后量子加密技術的4種算法，可以抵御量子計算機的攻擊

量子信息技術軍事化面臨的風險

技術是一把雙刃劍，在造福于人類的同時也會引發相關風險。美軍方在利用量子信息技術強化軍事優勢的同時也勢必面臨諸多風險。

情報竊取與隱私泄露風險傳統的信息加密算法難以抵御量子計算機的破解攻擊，美軍方對量子信息技術的管理和使用不當可能引發系統性危機，從而對全球網絡安全帶來巨大的威脅。量子解密算法、量子傳感器和量子雷達的不當使用可能導致隱私數據的泄露，使得整個社會面臨被“窺視”的風險。

依賴性風險量子信息技術的軍事化應用需要龐大的基礎設施和復雜的技術支持。美軍方若過度依賴量子信息技術，一旦遭遇供應鏈中斷、技術故障等突發事件，其軍事能力將遭受嚴重影響。

技術成熟度風險盡管美軍方在量子信息技術軍事化進程中取得了較大進展，但目前的量子計算機仍處于相對脆弱的狀態，在實際軍事應用中仍面臨可靠性和穩定性無法確保的風險。

地緣沖突加劇風險美國在量子信息技術軍事化進程中獲取的軍事優勢將觸發世界各國在量子信息技術領域的競爭，進而導致新的軍備競賽，從而加劇地緣政治緊張局勢。

國際法缺失風險基于量子技術的網絡攻擊可能會被視為一種戰爭行為，需要考慮如何規范和約束這些行為，現有的國際法缺乏規范和約束量子信息技術在國與國之間濫用問題。

倫理和道德風險量子信息技術加載的武器裝備將具備更大的作用范圍、更隱蔽的使用手段和更具破壞性和致命性的作戰效果，這將引發如何規范量子武器的研發和使用符合倫理和道德的爭議。

結語

量子信息技術作為新一代顛覆性技術被視為未來科技領域的重要突破口，基于“技術制勝”戰略傳統的美軍方自始至終高度重視量子信息技術的研發和在軍事領域的落地。受益于長期的投入和深耕，美軍方在量子計算、量子通信、量子傳感等重點關注方向取得了領先的軍事優勢，但也對國際安全、隱私保護等諸多方面造成潛在危害，引發地緣沖突加劇的風險。在美國持續推進量子技術軍事化的背景下，國家應加大在量子信息技術領域的研發力度，積極參與國際合作，構建起量子信息技術領域的核心競爭力，推進實踐創新，有針對性地加強量子信息技術在軍事領域的應用，維護國家安全。