风险投资与五角大楼一起斥巨资在量子技术战争中挫败中国

Vector Atomic 和 Infleqtion 等公司正在帮助军方利用量子技术开发地下传感、安全通信和 GPS 替代品。

_By_{杰里米·博盖斯基（Jeremy Bogaisky）}

If漂浮的间谍气球高于美国是 19 世纪科技战争的一个例子，将量子视为不久的将来。

多年来，五角大楼一直在寻找利用量子物理学发动战争的新方法，无论是开发更强大的计算机、支持 GPS、加强通信安全，还是创造可以更好地探测水下潜艇和地下掩体的监视手段。存在紧迫性：中国也在大力投资以提升这些能力。

以全球定位系统为例。如果中美发生武装冲突，双方首先会针对对方的全球定位系统。想象一下，如果没有它，地面上的混乱和天空中的混乱。

研究人员正在开发量子增强型导航系统，使船舶和飞机能够在 GPS 中断的情况下保持在航线上，并更准确地将导弹引导至目标。其中一部分涉及创建更精确的原子钟，因为 GPS 本质上是一个计时系统——计算卫星和地面接收器之间的时间差。空军研究实验室副主任迈克尔·海杜克说，这项技术将在五年内准备就绪。

“这将以相当显着的方式改变世界，你不必等待太久，”Infleqtion 的物理学家兼副总裁 William Clark 说，Infleqtion 是该领域的领导者之一，是一家初创公司。 “福布斯”.

准备好了没

国防部对一系列量子技术的准备情况和预期军事影响的评估。

在与中国的科技竞赛中，五角大楼加大了包括量子科学在内的许多领域的研发支出。政府机构在 918 财年有 2022 亿美元用于量子研发，高于 449 年的 2019 亿美元，其中空军研究实验室、国防高级研究计划局和海军研究办公室是主要资助者。他们的贡献得到了越来越多的风险投资的补充。根据 Pitchbook 的数据，美国量子初创公司在 870 年吸收了 2022 亿美元的资金，几乎是 2020 年的两倍。

大部分重点都放在开发量子计算机上。经典计算基于为一或零的“位”，而量子计算使用亚原子粒子作为“量子位”。由于叠加的量子现象，量子比特可以同时为一和零，或者两者之间的比例，这可以让它们被用来快速解决当前机器无法解决的复杂问题。

有用的量子计算机可能还需要十年或更长时间，但一些控制单个原子和光子的基础研究即将被用于制造更精确的传感器，包括跟踪运动的传感器，如加速度计和陀螺仪，作为以及检测重力和磁场微小变化的设备。

量子飞跃

军方正在研究量子技术的一系列应用。

2017年报告中国在量子磁力测量方面的突破引发了人们的猜测，即它可能能够部署一个机载设备网络来探测数英里外的水下潜艇。许多专家持怀疑态度，但从长远来看，预计量子重力仪和磁力计将能够更准确地绘制地下特征图，如石油和矿藏、地下水位、掩体和隧道。

加密

中国在量子计算方面取得突破的威胁已经对网络安全产生了影响。国安人士称，中国等敌对国家正在收集加密通讯和来自美国的其他敏感数据，并将其存储到量子计算机强大到足以破解其加密的那一天。

去年，拜登政府和国会采取措施推动政府机构过渡到新的“后量子”加密方法，这些方法被认为对量子计算机来说是坚不可摧的。

中国正在采取一种不同且代价更高的策略来应对量子密码破解的威胁。该国开发了连接主要城市的数千英里光纤电缆网络，这些城市通过光子分发随机量子密钥以确保通信安全。由于量子力学的性质，人们认为任何窃听此类网络的尝试都会改变光子，从而提醒用户。中国也是第一个通过卫星演示量子密钥分配的国家。

凭借这些努力，中国在量子通信领域领先于美国，兰德研究去年结束。兰德公司的研究人员写道，美国在量子计算方面处于领先地位，但尚不清楚两者是否在传感方面具有优势。

授时与导航

当前一代的卫星 GPS 只能估计三米以内的位置。量子物理学将允许更高的精度。

在实验室中，科学家们已经开发出更精确的、房间大小的原子钟，该原子钟基于光学激光器，这些原子钟在数十亿年后会丢失一秒。 Vector Atomic 是少数几家致力于开发更小、更坚固耐用的日常现场时钟的公司之一，以实验室突破的尖端性能换取可靠性和实用性。

去年夏天，在环太平洋 (RIMPAC) 多国海军演习中，这家总部位于加利福尼亚州的初创公司表示，它展示了装在一个相对紧凑的 40 升包装中的船载光学时钟，该时钟在大约一个小时后会偏离精度 10 万亿分之一秒。当前的卫星 GPS 时钟在 20 秒后漂移那么多。

这种改进可能会带来很多好处。 GPS 将保持准确，减少从地面更新卫星时钟的频率。与可以拉近 GPS 信号的近地轨道卫星配合使用时，更精确的计时可以将精度提高到厘米以内。这意味着，例如，GPS 可以让无人驾驶车辆保持在车道上。

更好的定时还可以更有效地使用蜂窝网络和其他无线网络，将更多用户打包到目前被认为高度拥挤的频谱中。

便携式原子钟可以安装在飞机或地面车辆上。 Vector Atomic 首席执行官 Jamil Abo-Shaeer 在 DARPA 管理量子计划从 2010 年到 2014 年。

该公司在获得超过 50 万美元的政府研究合同的同时没有接受风险投资，正在与海军和 DARPA 合作开展项目，以缩小其时钟的尺寸，使其比随身携带的行李箱还小。

同样在 RIMPAC 上，Vector Atomic 展示了一个紧凑的量子重力仪与一个标准的惯性导航系统配对，有望让海军舰艇在没有 GPS 的情况下导航。由于海底地形的变化，该设备测量局部重力强度的微小变化。 Abo-Shaeer 说，通过将测量结果与重力图进行比较，该设备能够纠正船舶惯性导航系统的漂移，从而在使用三周后准确定位船舶的位置。

该公司相信，在两到三年内，它将能够开始商业化一种小到可以放入汽车后备箱的节能版本。

其他几家公司也在研究量子惯性传感器，包括总部位于澳大利亚的 Q-CTRL，该公司计划在 2023 年年中与合作伙伴 Advanced Navigation 一起进行量子导航系统的现场演示。总部位于科罗拉多州的 Infleqtion 是英国项目的一部分，该项目旨在为个人车辆开发量子定位系统。该公司正在为该计划建造的量子陀螺仪将于 2024 年进行飞行测试。

通信

在 DARPA 的资助下，去年从 ColdQuanta 更名的 Infleqtion 也在开发量子无线电接收器来取代卫星天线。它们可以调谐到整个频谱的频率，从军用战术无线电使用的 HF 和 UHF 频段到 SpaceX 的 Starlink 卫星宽带网络使用的 K 频段。 Clark 说，该技术将使一台设备能够替代目前十台不同接收器的功能。

到 2025 年，该公司计划展示一种袖珍型六波段接收器，该接收器带有激光器和后端电子设备，尺寸缩小到小鞋盒大小。

更进一步，克拉克说，类似的技术可能会被用来制造一个可调谐的多波段发射器。 “那将是圣杯，”他告诉 “福布斯”. “它就像你的星际迷航通讯器，在一个小设备中完成传输和接收。”

比赛

兰德公司研究员爱德华帕克告诉记者，虽然苏联产生了一些 20 世纪最伟大的理论物理学家，但没有太多迹象表明俄罗斯今天正在开发重要的量子技术 “福布斯”.

中国在量子技术方面的工作集中在大型国家实验室。帕克说，与拥有众多私营公司的美国相比，这可能使其在量子传感器商业化方面处于劣势。

“现在要在量子传感方面取得的真正进展不一定是实验室工作或学术工作，而是使其可用于现场，”帕克说。 “我不清楚他们是否有私营部门的基础设施来做这种实质性的工作。”