量子技术的内幕消息：量子计算与军事

凭借其不可预测的环境和多方面的实时计算，军事行业希望利用量子计算的优势来取得成功。但这可能不是许多人期望的量子计算类型。 “在量子计算中，我认为有很多人，主要是物理学家，他们认为他们已经知道量子计算机应该是什么，并且他们认为它应该只是一种方式，”解释道 理查德·默里，英国量子计算公司首席执行官 ORCA 计算。 “事实是，这是一项令人难以置信的令人兴奋的新技术，将以多种不同的形式得到应用。看看一个计算系统，它可能包括以下所有内容 FPGA 对于某种超级计算机来说，它们仍然是具有各种不同元素的计算机。我认为量子计算也会是一样的。”为了几乎证明他的观点，默里和他在 ORCA 计算公司的团队最近出售了一台 PT-1型号 英国的量子计算机 国防部。该模型是第一款室温量子计算机，专为现场计算而设计，使该技术更加强大和通用。在美国。， IonQ 签了一个 13.4 百万美元 与美国空军研究实验室（USAFRL）签订合同，为研发提供量子计算硬件和软件。相似地， 沙盒AQ 正在与美国军方密切合作，帮助在许多不同领域部署量子技术。由于军事环境难以预测，拥有更具可部署性的量子计算机可以简化许多项目。

由于其形状，量子计算机的通常设置被描述为“大教堂”。和 扩音器s、量子位阵列、隔离器和许多其他类型的室， MACHINe 相当大且笨重，并且很可能只会随着公司努力扩大其设备中的量子位数量而变得更大。这使得这些类型的量子计算机很难在现场部署，这就是为什么默里建议需要专门为军方创建一种不同类型的量子计算机。 “在国防方面，有很多计算应用程序，它们与标准计算不同，它们不在某种受控环境中，”默里说。 “而且有充分的理由不这样做。他们可能必须应对许多不同的参数才能在极其不利的环境中运行或计算。例如，它可能需要在极其放射性的环境中工作。在这些类型的环境中，不同类型的计算平台可能会发挥巨大作用，这可能与每个人想象的高性能计算世界截然不同。”这些限制是穆雷帮助创建 PT-1型号正如他所说，它可以“坐在路虎的后座上”。使用 光子量子比特，PT-1 避免了对低温的需要，并且建立在更具移动性的系统上。由于国防部使用PT-1，他们无疑会为该设备开发定制程序来运行。

大型军事应用

超越需要更多 可部署的 除了设备之外，军事领域还有量子技术可以发挥作用的其他重要领域。从加密到 隐形 至 新车 设计中，量子计算的机会似乎无穷无尽。虽然用例仍在研究和开发中，但当前的量子计算机正在用于优化问题或与机器学习配对。 “在 ORCA，团队花了很多时间研究使用机器学习的生成模型，”Murray 说。他还假设，随着硬件的进步以完全纠错，将会出现更多的用例。默里给出的未来用例之一是制造室温超导体。 “你可能会想，室温超导体对军队有何重要意义？”他说。 “嗯，能量存储，如果你需要存储大量能量，你可以使用室温超导体来做到这一点。”

一个明显的应用是 加密技术。 “量子计算机将能够破解加密，”解释道 珍·索瓦达，SandboxAQ 公共部门总裁。 “许多对手现在正在执行存储，稍后解密的攻击。窃取加密数据，其唯一目的是在量子计算机可用时对其进行解密。这将使敏感数据变得可访问，例如武器系统数据、材料成分、人员身份以及军方希望保护的其他信息。”由于量子计算机能够生成随机数或因式分解素数，这两者对于量子计算机都至关重要 加密 过程中，这可能会威胁到加密的整个工作方式。这已经被研究过 blockchain 和 cryptocurrencies。破解这些加密可能会导致重大后果，尤其是对掌权者而言。 “只要有人拥有一两台这样的计算机，他们就能够访问您的加密数据，”默里解释道。 “这种威胁可能适用于今天正在传输的数据。因此，即使闯入和解密数据的可能性在未来 10 年后才出现，你也可以在 10 年后当量子计算机可用时返回这些数据。突然之间，你就可以解开这些十年前人们极力保守秘密的事情了。所以，目前的想法是，如果你不希望这些东西在 10 年内可用，你应该开始考虑今天使用的安全协议。”由于所有军队都处理敏感和机密信息，因此拥有强大的加密流程是关键。因为这些量子机器中只有少数能够进入最初的第一阶段，所以不等式和 漏洞 在隐私方面，权威领导人之间就谁有权使用这项技术展开了一场竞赛。

讽刺的是，量子计算机也可能是加密问题的解决方案。 Sovada 补充道：“从积极的一面来看，量子计算机将能够提高计算能力来解决复杂的问题。军方拥有大量数据，需要对其进行评估，以深入了解供应链需求、物流（材料移动）、预测性维护等。”

其他应用程序虽然没有那么可怕，但也同样重要。根据一个 2021 年的论文， 军方可以使用量子重力仪来辅助地震学、地球物理学、地下扫描，甚至考古学或石油探测。随着资源（特别是石油）变得越来越稀缺，这些量子设备可能在某些军事应用中发挥更核心的作用。

军方正在研究量子技术这一事实对量子产业来说是一个好处。默里表示：“英国和英国的许多军事部门 美国 拥有适合初创企业的武器。许多政府和国防机构正在投入大量精力与这个初创社区建立联系。”这最大限度地减少了量子公司与军方合作必须克服的许多障碍。然而，还有其他事情需要考虑。 “他们是政府资助的机构，”默里解释说，“所以他们确实需要更长的时间才能扭转局面。但这有一个好处，因为他们有非常长期的预算，所以他们不一定像公司那样寻找下一季度可以做的事情。”这可能会让量子计算公司更容易尽早寻求军事合作伙伴关系。

该行业的其他专家认为，与其他国家相比，美国军方可以做更多的事情来投资与量子公司的私人合作伙伴关系。 IonQ 联合创始人兼首席科学家解释道：“由于量子技术对安全通信、定位/导航/授时和计算优势的影响，国防部从很早就开始支持美国的量子技术研究，这一点由来已久。”技术官 金正相。 “虽然中国和许多欧洲国家已经有了完善的公共资助量子计划，但美国政府由于其在量子行业的实力而开始认识到公私合作的机会。 IonQ 拥有的尖端量子计算技术可以帮助国防部解决他们面临的许多具有挑战性的计算问题。公私合作伙伴关系将加强国内量子计算产业，并为美国国防技术的部署带来意想不到的效率。 AFRL 就是这样的早期采用者之一，我们预计该行业将能够为国防部的其他领域提供有影响力的解决方案，从而保证未来的持续投资。”感谢像这样的立法 芯片法，美国军方开始了解私营量子公司如何能够在可行的时间内使他们的项目受益。

与量子行业的许多专家一样，默里也关注这些设备何时更容易使用的时间尺度。 “我相信在未来两年内，我们将看到量子被应用于有用的、高度利基的应用，其中包括国防和军事领域的应用，”默里说。 “这是一个极具争议性的信念。我认为在接下来的几年里，我们将看到突破，我碰巧认为这将出现在混合领域。”默里相信，从现在起大约七年后，从混合计算机到全量子计算机的转变将会发生，因为开发这项技术需要时间。当这种转变发生时，他假设较小型的量子计算机将被军方使用。他补充道：“对于在实验室之外、远离这些大教堂大小的结构的移动平台上运行的计算系统，存在着非常有趣的需求。” “因此，经典计算的所有优势也适用于量子计算。”其他专家认为该技术已经得到部署。 “这项技术今天就已经出现了，”索瓦达说。 “军方可以使用量子技术并将其立即集成到他们的系统中，并且需要知道量子计算机的可用性与量子技术其他方面的可用性不同。”

Kenna Hughes-Castleberry 是 Inside Quantum Technology 的特约撰稿人和 JILA（科罗拉多大学博尔德分校与 NIST 的合作机构）的科学传播者。 她的写作节奏包括深度技术、元宇宙和量子技术。