Sellised ettevõtted nagu Vector Atomic ja Infleqtion aitavad sõjaväel kasutada kvanttehnoloogiaid maa-aluse tuvastuse, turvalise side ja GPS-i alternatiivide väljatöötamisel.
By Jeremy Bogaisky
Ifhõljuv spiooniõhupall kõrgel USA kohal on näide 19. sajandi tehnoloogiasõjast, mõelge kvantile kui lähitulevikule.
Pentagon on aastaid otsinud uusi viise kvantfüüsika kasutamiseks sõjapidamiseks, olgu selleks siis võimsamate arvutite väljatöötamine, GPS-i taganemine, side turvalisuse tugevdamine või seirevahendite loomine, mis suudaksid paremini tuvastada veealuseid allveelaevu ja maa-aluseid punkriid. See on kiireloomuline: Hiina investeerib ka nende võimete edendamisse suuri investeeringuid.
Võtke näiteks GPS. USA ja Hiina vahelise relvakonflikti korral oleks üks esimesi asju, mille mõlemad pooled sihikule võtaksid, teise riigi globaalne positsioneerimissüsteem. Kujutage ette kaost maas ja segadust taevas ilma selleta.
Teadlased töötavad välja kvant-täiustatud navigatsioonisüsteeme, mis võimaldaksid laevadel ja lennukitel GPS-i katkestuse korral kursil püsida, samuti suunaksid rakette täpsemalt sihtmärkideni. Osa sellest hõlmab täpsemate aatomkellade loomist, kuna GPS on keskmes ajastussüsteem – satelliitide ja maapealsete vastuvõtjate vahelise aja erinevuse arvutamine. Tehnoloogia valmib viie aasta jooksul, ütles õhujõudude uurimislabori asedirektor Michael Hayduk.
"See muudab maailma üsna tähelepanuväärsel viisil ja te ei pea seda liiga kaua ootama," ütles William Clark, füüsik ja idufirma Infleqtion asepresident, mis on üks selle valdkonna juhte. Forbes.
VALMIS VÕI MITTE
Kaitseministeeriumi hinnang mitmete kvanttehnoloogiate valmisolekule ja eeldatavale sõjalisele mõjule.
Oma tehnoloogiavõistlusel Hiinaga on Pentagon suurendanud kulutusi teadus- ja arendustegevusele paljudes valdkondades, sealhulgas kvantteadustes. Valitsusasutustel oli 918. aasta eelarveaastal kvantuuringutele ja arendustegevusele kulutada 2022 miljonit dollarit, võrreldes 449 miljoni dollariga 2019. aastal, kusjuures pearahastajate hulgas olid õhuväe uurimislabor, kaitsealase arenenud uurimisprojektide agentuur ja mereväeuuringute amet. Nende sissemakseid on täiendatud riskikapitali suurenemisega. Pitchbooki andmetel kogusid USA kvantidufirmad 870. aastal 2022 miljonit dollarit rahastamist, mis on 2020. aastaga võrreldes peaaegu kaks korda suurem.
Suurem osa tähelepanu on olnud kvantarvutite arendamisel. Kui klassikaline andmetöötlus põhineb "bittidel", mis on kas üks või null, siis kvantarvutus kasutab subatomaarseid osakesi "kubitidena". Superpositsiooni kvantnähtuse tõttu võivad kubitid olla korraga üks ja null või nendevahelised proportsioonid, mis võimaldaks neid kasutada keeruliste probleemide kiireks lahendamiseks, mis praegustele masinatele ei ulatu.
Kasulikud kvantarvutid võivad olla kümne aasta või rohkemgi kaugusel, kuid mõned üksikute aatomite ja footonite kontrollimise aluseks olevad uuringud on alles ees, et neid hakatakse kasutama täpsemate andurite, sealhulgas liikumist jälgivate andurite (nt kiirendusmõõturid ja güroskoobid) valmistamiseks. samuti seadmed, mis tuvastavad väikseid muutusi gravitatsioonijõus ja magnetväljas.
KVANTIHÜPE
Sõjavägi uurib erinevaid kvanttehnoloogia rakendusi.
Aruanded 2017. aastal Hiina läbimurre kvantmagnetomeetrias tekitas spekulatsioone, et see võib olla võimeline kasutama õhus olevate seadmete võrku, et tuvastada veealuseid allveelaevu miili kaugusel. Paljud eksperdid on skeptilised, kuid pikemas perspektiivis on oodata, et kvantgravimeetrid ja magnetomeetrid suudavad täpsemalt kaardistada maa-aluseid objekte, nagu nafta- ja maavaramaardlad, veealused, punkrid ja tunnelid.
Krüptograafia
Hiina läbimurde oht kvantarvutuses avaldab juba praegu mõju küberjulgeolekule. Riikliku julgeoleku insaiderid ütlevad, et Hiina ja teised vaenulikud riigid on krüpteeritud side kogumine ja muud tundlikud andmed USA-st ning neid säilitatakse kuni päevani, mil kvantarvutid on piisavalt võimsad, et nende krüptimist lahti murda.
Eelmisel aastal astus Bideni administratsioon ja kongress samme, et sundida valitsusasutusi üle minema uutele "kvantjärgsetele" krüptograafilistele meetoditele, mis arvatakse olevat kvantarvutite jaoks immutamatud.
Hiina võtab kvantkoodi krakkimise ohule teistsuguse ja kallima võtte. Riik on välja töötanud tuhandete miilide pikkused kiudoptiliste kaablite võrgud, mis ühendavad suuremaid linnu, mis jagavad side turvalisuse tagamiseks footonite kaudu juhuslikke kvantvõtmeid. Kvantmehaanika olemuse tõttu arvatakse, et iga sellise võrgu pealtkuulamise katse muudaks footoneid, hoiatades kasutajaid. Hiina on ka esimene riik, kes demonstreerib kvantvõtmete levitamist satelliidi kaudu.
Nende jõupingutuste toel on Hiina saavutanud kvantkommunikatsioonis USA-st ettepoole, a RAND uuring sõlmiti eelmisel aastal. USA juhib kvantandmetöötlust, kuid pole selge, kas kummalgi on tundlikkuse eelis, kirjutasid RAND-i teadlased.
Ajastus ja navigeerimine
Praeguse põlvkonna satelliit-GPS suudab asukohti hinnata ainult kolme meetri täpsusega. Kvantfüüsika võimaldaks suuremat täpsust.
Laborites on teadlased välja töötanud täpsemad, toasuurused aatomkellad, mis põhinevad optilistel laseritel, mis kaotaksid sekundi pärast miljardeid aastaid. Vector Atomic on üks käputäis ettevõtteid, kes tegelevad väiksemate ja vastupidavamate kellade väljatöötamisega igapäevaseks välikasutuseks ning kauplevad labori läbimurrete tipptasemel töökindluse ja praktilisuse nimel.
Möödunud suvel demonstreeris Californias asuv startup rahvusvahelistel mereväeõppustel Rim of the Pacific (RIMPAC) suhteliselt kompaktses 40-liitrises pakendis laeval olevaid optilisi kellasid, mille täpsus vähenes umbes tunni pärast 10 triljondiku võrra. Praegused satelliit-GPS-i kellad triivivad nii palju 20 sekundi pärast.
Sellisel täiustamisel võib olla palju eeliseid. GPS jääks täpseks ka satelliidipõhiste kellade harvema värskendamise korral maapinnalt. Seoses madala maa orbiidiga satelliitidega, mis tooksid GPS-signaalid lähemale, parandaks täpsem ajastus täpsust sentimeetrite täpsusega. See tähendaks näiteks seda, et GPS suudab juhita sõidukeid oma sõiduradadel hoida.
Parem ajastus võimaldaks ka mobiilside- ja muid traadita võrke tõhusamalt kasutada, koondades rohkem kasutajaid spektrisse, mida praegu peetakse väga ülekoormatuks.
Kaasaskantavad aatomkellad võiks panna lennukitele või maapealsetele sõidukitele. See võimaldaks Ameerika vägedel rajada lahinguväljade ümber ajutisi kohalikke GPS-võrke sidesignaalidega, mis oleksid häirimiseks liiga tugevad, samal ajal kui USA segas vaenlase kosmosepõhiseid navigatsioonisüsteeme, ütles Vector Atomicu tegevjuht Jamil Abo-Shaeer, kes juhtis DARPA kvantprogramme. aastatel 2010 kuni 2014.
Ettevõte, mis ei ole võtnud riskikapitali, kogudes samal ajal valitsuse uurimislepinguid üle 50 miljoni dollari, töötab koos mereväe ja DARPA-ga projektide kallal, et vähendada oma kellasid nii, et need oleksid väiksemad kui käsipagas.
Samuti demonstreeris Vector Atomic RIMPACis kompaktset kvantgravimeetrit, mis on ühendatud standardse inertsiaalse navigatsioonisüsteemiga, mis lubab mereväe laevadel navigeerida ilma GPS-ita. Seade mõõdab väikeseid muutusi kohalikus raskusjõus, mis on tingitud merealuse maastiku erinevustest. Võrreldes mõõtmisi gravitatsioonikaardiga, suutis seade korrigeerida triivi laeva inertsiaalses navigatsioonisüsteemis, et määrata täpselt laeva asukoht kolme nädala jooksul, ütles Abo-Shaeer.
Ettevõte usub, et kahe-kolme aasta pärast suudab ta hakata turustama energiasäästlikku versiooni, mis on piisavalt väike, et see mahuks auto pagasiruumi.
Mitmed teised ettevõtted töötavad kvantinertsiaalsete andurite kallal, sealhulgas Austraalias asuv Q-CTRL, mis kavandab 2023. aasta keskel koos partneri Advanced Navigationiga kvanttoega navigatsioonisüsteemi esitlust. Colorados asuv Infleqtion on osa Ühendkuningriigi projektist, mille eesmärk on välja töötada üksikute sõidukite jaoks kvantpositsioneerimissüsteem. Kvantgüroskoop, mida ettevõte selle algatuse jaoks ehitab, testitakse lennu ajal 2024. aastal.
Side
DARPA rahastusel arendab Infleqtion, mis eelmisel aastal muutis oma nime ColdQuantaks, ka kvantraadiovastuvõtjaid, mis asendaksid satelliitantenne. Neid saab häälestada sagedustele kogu spektris, alates sõjaliste taktikaliste raadiote kasutatavatest HF- ja UHF-sagedusaladest kuni SpaceX-i Starlinki satelliidi lairibavõrgu K-ribani. Clark ütles, et tehnoloogia võimaldab ühe seadmega asendada seda, mida kümme erinevat vastuvõtjakomplekti täna teevad.
2025. aastaks plaanib ettevõte demonstreerida taskuformaadis kuueribalist vastuvõtjat koos laserite ja tagaelektroonikaga, mis on kahanenud väikese kingakarbi suuruseks.
Lisaks ütles Clark, et sarnast tehnoloogiat võib kasutada häälestatava mitmeribalise saatja loomiseks. "See oleks Püha Graal," ütles ta Forbes. "See oleks nagu teie Star Treki kommunikaator, täielik edastamine ja vastuvõtmine väikeses seadmes."
Konkurents
Kuigi Nõukogude Liit tõi välja 20. sajandi suurimaid teoreetilisi füüsikuid, ei ole palju märke, et Venemaa arendaks tänapäeval olulisi kvanttehnoloogiaid, ütles RANDi teadur Edward Parker. Forbes.
Hiina töö kvanttehnoloogia vallas on koondunud suurtesse riiklikesse laboritesse. Parker ütles, et see võib panna kvantandurite turustamise ebasoodsasse olukorda võrreldes USA-ga, kus on palju eraettevõtteid.
"Praeguseks kvantsensooriumis tehtavad tõelised edusammud ei seisne tingimata laboritöös või akadeemilises töös, vaid selle kasutuselevõtus," ütles Parker. "Mulle on ebaselge, kas neil on erasektori infrastruktuur sellise jabura töö tegemiseks."
ROHKEM KONKURSIDEST
Allikas: https://www.forbes.com/sites/jeremybogaisky/2023/02/13/the-spy-balloon-is-just-the-start-venture-capital-joins-pentagon-in-spending-big- Hiina-kvanttehnoloogia-sõjas takistada/