Podjetja, kot sta Vector Atomic in Infleqtion, pomagajo vojski izkoristiti kvantne tehnologije za razvoj podzemnega zaznavanja, varnih komunikacij in alternativ GPS.
By Jeremy Bogaisky
Ifvohunski balon lebdi visoko nad ZDA je primer tehnološke vojne iz 19. stoletja, pomislite na kvant kot na bližnjo prihodnost.
Pentagon že leta išče nove načine za uporabo kvantne fizike za vodenje vojne, pa naj gre za razvoj zmogljivejših računalnikov, podporo GPS, krepitev varnosti komunikacij ali ustvarjanje sredstev za nadzor, ki bi lahko bolje odkrivala potopljene podmornice in podzemne bunkerje. Obstaja nujnost: tudi Kitajska veliko vlaga v pospeševanje teh zmogljivosti.
Vzemimo za primer GPS. V primeru oboroženega spopada med ZDA in Kitajsko bi bila ena od prvih stvari, na katere bi se obe strani usmerili, sistem globalnega pozicioniranja druge države. Predstavljajte si kaos na tleh in zmedo na nebu brez tega.
Raziskovalci razvijajo kvantno izboljšane navigacijske sisteme, ki bi ladjam in letalom omogočili, da ostanejo na poti v primeru izpada GPS-a, ter natančneje vodijo izstrelke do njihovih ciljev. Del tega vključuje ustvarjanje natančnejših atomskih ur, saj je GPS v srcu sistem za merjenje časa – izračunavanje časovne razlike med sateliti in sprejemniki na tleh. Tehnologija bo pripravljena v petih letih, je dejal Michael Hayduk, namestnik direktorja raziskovalnega laboratorija letalskih sil.
"To bo spremenilo svet na precej izjemen način in na to vam ni treba čakati predolgo," je povedal William Clark, fizik in podpredsednik pri zagonskem podjetju Infleqtion, ki je eno vodilnih na tem področju. Forbes.
PRIPRAVLJEN ALI NE
Ocena Ministrstva za obrambo o pripravljenosti in pričakovanem vojaškem vplivu vrste kvantnih tehnologij.
V svoji tehnološki tekmi s Kitajsko je Pentagon povečal izdatke za raziskave in razvoj na številnih področjih, vključno s kvantnimi znanostmi. Vladne agencije so morale v fiskalnem letu 918 porabiti 2022 milijonov dolarjev za kvantne raziskave in razvoj, kar je več od 449 milijonov dolarjev leta 2019, pri čemer so med glavnimi financerji raziskovalni laboratorij letalskih sil, agencija za napredne obrambne raziskovalne projekte in urad za pomorske raziskave. Njihovi prispevki so bili dopolnjeni z vedno večjimi zneski tveganega kapitala. Po podatkih Pitchbooka so ameriška kvantna zagonska podjetja leta 870 pridobila 2022 milijonov dolarjev financiranja, kar je skoraj dvakrat več kot leta 2020.
Večina pozornosti je bila namenjena razvoju kvantnih računalnikov. Medtem ko klasično računalništvo temelji na »bitih«, ki so ena ali nič, kvantno računalništvo uporablja subatomske delce kot »kubite«. Zaradi kvantnega fenomena superpozicije so kubiti lahko ena in nič hkrati ali razmerja vmes, kar bi lahko omogočilo njihovo uporabo za hitro reševanje kompleksnih problemov, ki so izven dosega trenutnih strojev.
Uporabni kvantni računalniki bodo morda oddaljeni še desetletje ali več, vendar so nekatere temeljne raziskave nadzora posameznih atomov in fotonov na pragu uporabe za izdelavo natančnejših senzorjev, vključno s tistimi, ki sledijo gibanju, kot so merilniki pospeška in žiroskopi. tudi naprave, ki zaznavajo majhne spremembe v gravitacijski sili in magnetnem polju.
KVANTNI PRESKOK
Vojska preučuje vrsto aplikacij za kvantno tehnologijo.
Poročila v letu 2017 Kitajski preboj v kvantni magnetometriji je sprožil špekulacije, da bi lahko razvili zračno mrežo naprav za zaznavanje podvodnih podmornic na daljavo. Številni strokovnjaki so skeptični, a dolgoročno se pričakuje, da bodo kvantni gravimetri in magnetometri lahko natančneje preslikali podzemne značilnosti, kot so nahajališča nafte in mineralov, podzemne vode, bunkerji in tuneli.
Kriptografija
Grožnja kitajskega preboja na področju kvantnega računalništva že vpliva na kibernetsko varnost. Poznavalci nacionalne varnosti pravijo, da so Kitajska in druge sovražne države zbiranje šifriranih komunikacij in druge občutljive podatke iz ZDA ter jih hraniti do dne, ko bodo kvantni računalniki dovolj zmogljivi, da razbijejo njihovo šifriranje.
Lansko leto sta Bidnova administracija in kongres sprejela ukrepe, da bi vladne agencije spodbudila k prehodu na nove "postkvantne" kriptografske metode, za katere se domneva, da jih kvantni računalniki ne morejo premagati.
Kitajska ubira drugačen in dražji pristop k grožnji kvantnega razbijanja kode. Država je razvila omrežja na tisoče milj optičnih kablov, ki povezujejo večja mesta in ki prek fotonov distribuirajo naključne kvantne ključe za varno komunikacijo. Zaradi narave kvantne mehanike se verjame, da bi vsak poskus prisluškovanja takšnemu omrežju spremenil fotone in opozoril uporabnike. Kitajska je tudi prva država, ki je pokazala kvantno distribucijo ključev prek satelita.
Na podlagi teh prizadevanj je Kitajska prehitela ZDA na področju kvantnih komunikacij, a Študija RAND sklenjen lani. ZDA vodijo na področju kvantnega računalništva, medtem ko ni jasno, ali ima katera koli prednost pri zaznavanju, so zapisali raziskovalci RAND.
Čas in navigacija
Trenutna generacija satelitskega GPS lahko oceni lokacije le do treh metrov natančno. Kvantna fizika bi omogočila večjo natančnost.
V laboratorijih so znanstveniki razvili natančnejše atomske ure v velikosti sobe, ki temeljijo na optičnih laserjih, ki bi po milijardah let izgubili sekundo. Vector Atomic je med peščico podjetij, ki se ukvarjajo z razvojem manjših, robustnejših ur za vsakodnevno uporabo na terenu, pri čemer zamenjajo vrhunsko zmogljivost laboratorijskih dosežkov za zanesljivost in praktičnost.
Lansko poletje je na večnacionalnih mornariških vajah Rim of the Pacific (RIMPAC) kalifornijski startup povedal, da je pokazal ladijske optične ure v razmeroma kompaktnem 40-litrskem paketu, ki je po približno eni uri odstopal od natančnosti za 10 bilijonink sekunde. Trenutne satelitske ure GPS toliko zamaknejo po 20 sekundah.
Takšna izboljšava bi lahko imela številne koristi. GPS bi ostal natančen z manj pogostimi posodobitvami satelitskih ur s zemlje. V povezavi s sateliti v nizki zemeljski orbiti, ki bi približali signale GPS, bi natančnejši čas izboljšal natančnost na centimeter. To bi na primer pomenilo, da bi lahko GPS obdržal vozila brez voznika na njihovih pasovih.
Boljša časovna razporeditev bi omogočila tudi učinkovitejšo uporabo mobilnih in drugih brezžičnih omrežij, s čimer bi več uporabnikov vključili v spekter, ki trenutno velja za zelo preobremenjen.
Prenosne atomske ure bi lahko namestili na letala ali kopenska vozila. To bi ameriškim silam omogočilo, da okoli bojišč postavijo začasna lokalna omrežja GPS s komunikacijskimi signali, ki bi bili premočni, da bi jih motili, medtem ko bi ZDA motile sovražne vesoljske navigacijske sisteme, je dejal izvršni direktor Vector Atomic Jamil Abo-Shaeer, ki je vodil kvantne programe pri DARPA. od 2010 do 2014.
Podjetje, ki ni prejelo nobenih finančnih sredstev, medtem ko je zbralo več kot 50 milijonov dolarjev državnih raziskovalnih pogodb, dela na projektih z mornarico in DARPA, da bi skrčilo svoje ure, tako da bi bile manjše od ročne prtljage.
Tudi na RIMPAC je Vector Atomic predstavil kompaktni kvantni gravimeter, povezan s standardnim inercialnim navigacijskim sistemom, ki obljublja, da bo mornariškim ladjam omogočil navigacijo brez GPS-a. Naprava meri majhne spremembe v lokalni moči gravitacije zaradi sprememb v podvodnem terenu. S primerjavo meritev z gravitacijskim zemljevidom je naprava lahko popravila zanašanje v ladijskem inercialnem navigacijskem sistemu, da bi natančno določila lokacijo plovila v treh tednih uporabe, je dejal Abo-Shaeer.
Podjetje verjame, da bo v dveh do treh letih lahko začelo tržiti energetsko učinkovito različico, ki je dovolj majhna, da jo lahko spravite v prtljažnik avtomobila.
Več drugih podjetij dela na kvantnih inercialnih senzorjih, vključno s podjetjem Q-CTRL s sedežem v Avstraliji, ki sredi leta 2023 načrtuje terensko predstavitev kvantno omogočenega navigacijskega sistema s partnerjem Advanced Navigation. Infleqtion s sedežem v Koloradu je del britanskega projekta za razvoj sistema kvantnega pozicioniranja za posamezna vozila. Kvantni žiroskop, ki ga podjetje izdeluje za pobudo, bo leta 2024 testiran med letom.
Communications
Infleqtion, ki je lani spremenil ime iz ColdQuanta, s financiranjem DARPA prav tako razvija kvantne radijske sprejemnike, ki bodo nadomestili satelitske antene. Nastavite jih lahko na frekvence v celotnem spektru, od pasov HF in UHF, ki jih uporabljajo vojaški taktični radijski sprejemniki, do pasu K, ki ga uporablja satelitsko širokopasovno omrežje družbe SpaceX Starlink. Tehnologija bo omogočila, da ena naprava nadomesti tisto, kar danes počne deset različnih sprejemnikov, je dejal Clark.
Do leta 2025 namerava podjetje predstaviti žepni šestpasovni sprejemnik z laserji in zaledno elektroniko, zmanjšano na velikost majhne škatle za čevlje.
Poleg tega je Clark dejal, da bi lahko podobno tehnologijo uporabili za ustvarjanje nastavljivega večpasovnega oddajnika. "To bi bil sveti gral," je rekel Forbes. "Bilo bi kot vaš komunikator Star Trek, popoln prenos in sprejem v majhni napravi."
Konkurenca
Medtem ko je Sovjetska zveza ustvarila nekaj največjih teoretičnih fizikov 20. stoletja, ni veliko znakov, da Rusija danes razvija pomembne kvantne tehnologije, je za RAND povedal Edward Parker. Forbes.
Kitajsko delo na področju kvantne tehnologije je skoncentrirano v velikih nacionalnih laboratorijih. To bi ga lahko postavilo v slabši položaj pri komercializaciji kvantnih senzorjev v primerjavi z ZDA z vrsto zasebnih podjetij, je dejal Parker.
"Pravi napredek pri kvantnem zaznavanju, ki ga je treba doseči zdaj, ni nujno laboratorijsko ali akademsko delo, ampak v tem, da ga lahko uporabimo na terenu," je dejal Parker. "Ni mi jasno, ali imajo infrastrukturo zasebnega sektorja za opravljanje takega drobnega dela."
VEČ OD FORBES
Vir: https://www.forbes.com/sites/jeremybogaisky/2023/02/13/the-spy-balloon-is-just-the-start-venture-capital-joins-pentagon-in-spending-big- preprečiti-kitajsko-v-vojni-kvantne-tehnologije/