Такія кампаніі, як Vector Atomic і Infleqtion, дапамагаюць вайскоўцам выкарыстоўваць квантавыя тэхналогіі для распрацоўкі падземнага зандзіравання, бяспечнай сувязі і альтэрнатыў GPS.
By Ярэмі Багайскі
Ifлунае шпіёнскі паветраны шар высока над ЗША з'яўляецца прыкладам тэхналагічнай вайны 19-га стагоддзя, думайце пра квант як пра бліжэйшую будучыню.
Пентагон на працягу многіх гадоў шукае новыя спосабы выкарыстання квантавай фізікі для вядзення вайны, няхай гэта будзе распрацоўка больш магутных кампутараў, падтрымка GPS, узмацненне бяспекі сувязі або стварэнне сродкаў назірання, якія маглі б лепш выяўляць падводныя лодкі і падземныя бункеры. Гэта тэрмінова: Кітай таксама ўкладвае значныя сродкі ў развіццё гэтых магчымасцей.
Возьмем GPS, напрыклад. У выпадку ўзброенага канфлікту паміж ЗША і Кітаем адной з першых рэчаў, на якія абодва бакі нацэліліся б, была б сістэма глабальнага пазіцыянавання іншай краіны. Уявіце хаос на зямлі і блытаніну ў небе без гэтага.
Даследчыкі распрацоўваюць квантава-ўдасканаленыя навігацыйныя сістэмы, якія дазволяць караблям і самалётам заставацца на курсе ў выпадку збою GPS, а таксама больш дакладна накіроўваць ракеты да іх мэтаў. Часткова гэта прадугледжвае стварэнне больш дакладных атамных гадзіннікаў, паколькі GPS па сваёй сутнасці з'яўляецца сістэмай вылічэння часу - вылічэннем розніцы ў часе паміж спадарожнікамі і прымачамі на зямлі. Тэхналогія будзе гатовая на працягу пяці гадоў, паведаміў намеснік дырэктара навукова-даследчай лабараторыі ВПС Майкл Гайдук.
"Гэта зменіць свет даволі выдатным чынам, і вам не трэба чакаць занадта доўга", - сказаў Уільям Кларк, фізік і віцэ-прэзідэнт Infleqtion, стартапа, які з'яўляецца адным з лідэраў у гэтай галіне. Forbes.
ГАТОВЫ ЦІ НЕ
Ацэнка Міністэрства абароны гатоўнасці і чаканага ваеннага ўздзеяння шэрагу квантавых тэхналогій.
У сваёй тэхналагічнай гонцы з Кітаем Пентагон павялічыў выдаткі на даследаванні і распрацоўкі ў многіх галінах, уключаючы квантавыя навукі. Дзяржаўныя ўстановы павінны былі выдаткаваць 918 мільёнаў долараў на квантавыя даследаванні і распрацоўкі ў 2022 фінансавым годзе ў параўнанні з 449 мільёнамі долараў у 2019 годзе, пры гэтым Даследчая лабараторыя ВПС, Агенцтва перспектыўных абаронных даследчых праектаў і Упраўленне ваенна-марскіх даследаванняў у ліку галоўных фундатараў. Іх уклады былі дапоўнены павелічэннем аб'ёмаў венчурнага капіталу. Па дадзеных Pitchbook, амерыканскія квантавыя стартапы сабралі 870 мільёнаў долараў фінансавання ў 2022 годзе, што амаль удвая больш, чым у 2020 годзе.
Большая ўвага надаецца распрацоўцы квантавых кампутараў. У той час як класічныя вылічэнні заснаваныя на «бітах», якія роўныя адзінцы або нулю, квантавыя вылічэнні выкарыстоўваюць субатамныя часціцы ў якасці «кубітаў». З-за квантавай з'явы суперпазіцыі кубіты могуць быць адзінкай і нулём адначасова або прапорцыямі паміж імі, што можа дазволіць выкарыстоўваць іх для хуткага вырашэння складаных задач, якія недаступныя сучасным машынам.
Да стварэння карысных квантавых камп'ютэраў можа спатрэбіцца дзесяць гадоў і больш, але некаторыя з асноўных даследаванняў па кіраванні асобнымі атамамі і фатонамі знаходзяцца на парозе выкарыстання для стварэння больш дакладных датчыкаў, у тым ліку датчыкаў, якія адсочваюць рух, такіх як акселерометры і гіраскопы. а таксама прылады, якія вызначаюць невялікія змены ў сіле цяжару і магнітных палёў.
КВАНТАВЫ СКАЧОК
Вайскоўцы разглядаюць шэраг варыянтаў прымянення квантавых тэхналогій.
Справаздачы за 2017 год Кітайскі прарыў у галіне квантавай магнітаметрыі выклікаў здагадкі, што ён зможа разгарнуць бартавую сетку прылад для выяўлення падводных падводных лодак на адлегласці міль. Многія эксперты настроены скептычна, але ў доўгатэрміновай перспектыве чакаецца, што квантавыя гравіметры і магнітаметры змогуць больш дакладна адлюстроўваць падземныя аб'екты, такія як радовішчы нафты і мінералаў, грунтавыя воды, бункеры і тунэлі.
Крыптаграфія
Пагроза прарыву Кітая ў галіне квантавых вылічэнняў ужо аказвае ўплыў на кібербяспеку. Інсайдэры нацыянальнай бяспекі кажуць, што Кітай і іншыя варожыя краіны збор зашыфраваных паведамленняў і іншыя канфідэнцыйныя дадзеныя з ЗША і захоўваць іх да таго дня, калі квантавыя кампутары стануць дастаткова магутнымі, каб узламаць іх шыфраванне.
У мінулым годзе адміністрацыя Байдэна і Кангрэс прынялі меры, каб падштурхнуць дзяржаўныя ўстановы да пераходу на новыя «постквантавыя» крыптаграфічныя метады, якія, як мяркуецца, непрыступныя для квантавых кампутараў.
Кітай выкарыстоўвае іншы і больш дарагі падыход да пагрозы квантавага ўзлому кода. Краіна развіла сеткі з тысяч міль валаконна-аптычных кабеляў, якія злучаюць буйныя гарады, якія распаўсюджваюць выпадковыя квантавыя ключы праз фатоны для забеспячэння бяспекі сувязі. З-за прыроды квантавай механікі лічыцца, што любая спроба праслухоўвання такой сеткі зменіць фатоны, папярэджваючы карыстальнікаў. Кітай таксама з'яўляецца першай краінай, якая прадэманстравала квантавае распаўсюджванне ключоў праз спадарожнік.
Дзякуючы гэтым намаганням Кітай апярэдзіў ЗША ў галіне квантавых камунікацый Даследаванне RAND заключаны ў мінулым годзе. Даследчыкі RAND пішуць, што ЗША лідзіруюць у галіне квантавых вылічэнняў, але пакуль незразумела, ці ёсць у іх перавага ў галіне адчуванняў.
Часы і навігацыя
Сучаснае пакаленне спадарожнікавых GPS можа ацэньваць месцазнаходжанне толькі з дакладнасцю да трох метраў. Квантавая фізіка дала б больш дакладнасці.
У лабараторыях навукоўцы распрацавалі больш дакладныя атамныя гадзіннікі памерам з пакой на аснове аптычных лазераў, якія страцілі б секунду праз мільярды гадоў. Vector Atomic з'яўляецца адной з некалькіх кампаній, якія працуюць над распрацоўкай меншых, больш трывалых гадзіннікаў для штодзённага выкарыстання ў палявых умовах, абменьваючы найноўшыя характарыстыкі лабараторных прарываў на надзейнасць і практычнасць.
Мінулым летам падчас шматнацыянальных ваенна-марскіх вучэнняў Rim of the Pacific (RIMPAC) каліфарнійскі стартап заявіў, што прадэманстраваў карабельныя аптычныя гадзіннікі ў адносна кампактным 40-літровым корпусе, дакладнасць якіх адышла ад дакладнасці на 10 трыльённых доляй секунды прыкладна праз гадзіну. Бягучыя спадарожнікавыя GPS-гадзіннікі збіваюцца на столькі праз 20 секунд.
Такое паляпшэнне можа мець мноства пераваг. GPS застанецца дакладным пры менш частым абнаўленні спадарожнікавых гадзіннікаў з зямлі. У спалучэнні са спадарожнікамі на нізкай калязямной арбіце, якія набліжаюць сігналы GPS, больш дакладны час павысіць дакладнасць з дакладнасцю да сантыметра. Гэта будзе азначаць, напрыклад, што GPS можа ўтрымліваць аўтамабілі без кіроўцы на іх палосах.
Лепшы час таксама дазволіць больш эфектыўна выкарыстоўваць сотавыя і іншыя бесправадныя сеткі, запакоўваючы больш карыстальнікаў у спектр, які ў цяперашні час лічыцца вельмі перагружаным.
Партатыўныя атамныя гадзіны можна было б усталяваць на самалётах і наземных транспартных сродках. Гэта дазволіць амерыканскім сілам узводзіць часовыя лакальныя сеткі GPS вакол палёў бітваў з сігналамі сувязі, якія былі б занадта моцнымі, каб іх парушыць, у той час як ЗША глушылі варожыя касмічныя навігацыйныя сістэмы, сказаў генеральны дырэктар Vector Atomic Джаміль Або-Шаір, які кіраваў квантавымі праграмамі ў DARPA. з 2010 па 2014 гг.
Кампанія, якая не прымала венчурнага фінансавання, назапашваючы дзяржаўныя даследчыя кантракты на суму больш за 50 мільёнаў долараў, працуе над праектамі з ваенна-марскім флотам і DARPA па скарачэнні гадзіннікаў, каб яны былі менш ручной паклажы.
Таксама на RIMPAC кампанія Vector Atomic прадэманстравала кампактны квантавы гравіметр у спалучэнні са стандартнай інерцыяльнай сістэмай навігацыі, якая абяцае дазволіць марскім караблям перамяшчацца без GPS. Прылада вымярае малюсенькія змены мясцовай сілы гравітацыі з-за змяненняў падводнага рэльефу. Параўноўваючы вымярэнні з гравітацыйнай картай, прылада змагла выправіць дрэйф у інерцыяльнай навігацыйнай сістэме карабля, каб дакладна вызначыць месцазнаходжанне судна на працягу трох тыдняў выкарыстання, сказаў Або-Шаір.
Кампанія лічыць, што праз два-тры гады яна зможа пачаць камерцыялізаваць энергаэфектыўны варыянт, дастаткова малы, каб змясціцца ў багажніку аўтамабіля.
Некалькі іншых кампаній працуюць над квантавымі інерцыяльнымі датчыкамі, у тым ліку аўстралійская кампанія Q-CTRL, якая плануе ў сярэдзіне 2023 года прадэманстраваць квантавую навігацыйную сістэму з партнёрам Advanced Navigation. Кампанія Infleqtion, якая базуецца ў Каларада, з'яўляецца часткай брытанскага праекта па распрацоўцы сістэмы квантавага пазіцыянавання для асобных транспартных сродкаў. Квантавы гіраскоп, які кампанія стварае для гэтай ініцыятывы, будзе выпрабаваны ў палёце ў 2024 годзе.
сувязі
Пры фінансаванні DARPA кампанія Infleqtion, якая ў мінулым годзе змяніла назву з ColdQuanta, таксама распрацоўвае квантавыя радыёпрыёмнікі для замены спадарожнікавых антэн. Яны могуць быць настроены на частоты па ўсім спектры, ад дыяпазонаў ВЧ і УВЧ, якія выкарыстоўваюцца ваенна-тактычнымі радыёстанцыямі, да дыяпазону K, які выкарыстоўваецца спадарожнікавай шырокапалоснай сеткай Starlink ад SpaceX. Тэхналогія дазволіць адной прыладзе замяніць тое, што сёння робяць дзесяць розных прыёмнікаў, сказаў Кларк.
Да 2025 года кампанія плануе прадэманстраваць кішэнны шасцідыяпазонны прыёмнік з лазерамі і базавай электронікай, паменшанай да памеру маленькай абутковай скрынкі.
Акрамя таго, Кларк сказаў, што падобная тэхналогія можа быць выкарыстана для стварэння наладжвальнага шматдыяпазоннага перадатчыка. "Гэта быў бы Святы Грааль", - сказаў ён Forbes. «Гэта было б падобна на ваш камунікатар Star Trek, поўны прыём і перадачу ў маленькай прыладзе».
Competition
У той час як Савецкі Саюз даў адных з найвялікшых фізікаў-тэарэтыкаў 20-га стагоддзя, няма шмат прыкмет таго, што Расія сёння распрацоўвае значныя квантавыя тэхналогіі, сказаў даследчык RAND Эдвард Паркер Forbes.
Праца Кітая ў галіне квантавых тэхналогій сканцэнтравана ў буйных нацыянальных лабараторыях. Гэта можа паставіць яго ў нявыгаднае становішча ў камерцыялізацыі квантавых датчыкаў у параўнанні з ЗША з іх мноствам прыватных кампаній, сказаў Паркер.
«Сапраўдны прагрэс у квантавым зандзіраванні, якога трэба дасягнуць цяпер, заключаецца не абавязкова ў лабараторнай або акадэмічнай працы, але ў тым, каб яго можна было выкарыстоўваць у палявых умовах», — сказаў Паркер. «Мне незразумела, ці ёсць у іх інфраструктура прыватнага сектара, каб выконваць такую драбязную працу».
БОЛЬШ З ФОРЕ
Крыніца: https://www.forbes.com/sites/jeremybogaisky/2023/02/13/the-spy-balloon-is-just-the-start-venture-capital-joins-pentagon-in-spending-big- каб-сарваць-кітай-у-вайне-квантавых-тэхналогій/