Такие компании, как Vector Atomic и Infleqtion, помогают военным использовать квантовые технологии для разработки подземного зондирования, безопасной связи и альтернатив GPS.
By Джереми Богайски
Ifшпионский шар, плавающий высоко над США — это пример технологической войны 19-го века, а квантовая — это ближайшее будущее.
Пентагон в течение многих лет искал новые способы использования квантовой физики для ведения войны, будь то разработка более мощных компьютеров, поддержка GPS, усиление безопасности связи или создание средств наблюдения, которые могли бы лучше обнаруживать подводные лодки и подземные бункеры. Есть срочность: Китай также вкладывает значительные средства в развитие этих возможностей.
Возьмем, к примеру, GPS. В случае вооруженного конфликта между США и Китаем одной из первых целей обеих сторон станет система глобального позиционирования другой страны. Представьте хаос на земле и неразбериху в небе без него.
Исследователи разрабатывают навигационные системы с квантовым усилением, которые позволят кораблям и самолетам оставаться на курсе в случае сбоя GPS, а также более точно направлять ракеты к их целям. Частично это связано с созданием более точных атомных часов, поскольку GPS по своей сути является системой синхронизации, вычисляющей разницу во времени между спутниками и приемниками на земле. Технология будет готова в течение пяти лет, заявил заместитель директора Исследовательской лаборатории ВВС Михаил Гайдук.
«Это изменит мир довольно удивительным образом, и вам не придется слишком долго ждать этого», — сказал Уильям Кларк, физик и вице-президент Infleqtion, стартапа, который является одним из лидеров в этой области. Forbes.
ГОТОВО ИЛИ НЕТ
Оценка Министерством обороны готовности и ожидаемого военного воздействия ряда квантовых технологий.
В своей технологической гонке с Китаем Пентагон увеличил расходы на исследования и разработки во многих областях, включая квантовые науки. Государственные учреждения должны были потратить 918 миллионов долларов на квантовые исследования и разработки в 2022 финансовом году по сравнению с 449 миллионами долларов в 2019 году, при этом главными спонсорами были Исследовательская лаборатория ВВС, Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны и Управление военно-морских исследований. Их вклады были дополнены увеличением суммы венчурного капитала. По данным Pitchbook, в 870 году американские квантовые стартапы получили финансирование в размере 2022 миллионов долларов, что почти вдвое больше, чем в 2020 году.
Основное внимание было уделено разработке квантовых компьютеров. В то время как классические вычисления основаны на «битах», равных либо единице, либо нулю, квантовые вычисления используют субатомные частицы в качестве «кубитов». Из-за квантового явления суперпозиции кубиты могут быть единицей и нулем одновременно или пропорциями между ними, что может позволить использовать их для быстрого решения сложных задач, недоступных для современных машин.
Полезные квантовые компьютеры могут появиться через десять или более лет, но некоторые из основных исследований по управлению отдельными атомами и фотонами вот-вот будут использованы для создания более точных датчиков, в том числе отслеживающих движение, таких как акселерометры и гироскопы. а также устройства, обнаруживающие небольшие изменения силы тяжести и магнитных полей.
КВАНТОВЫЙ СКАЧОК
Военные рассматривают ряд приложений для квантовых технологий.
Отчеты в 2017 году Китайский прорыв в области квантовой магнитометрии вызвал предположения о том, что он сможет развернуть бортовую сеть устройств для обнаружения подводных подводных лодок с расстояния в несколько миль. Многие эксперты настроены скептически, но ожидается, что в долгосрочной перспективе квантовые гравиметры и магнитометры смогут более точно отображать подземные объекты, такие как месторождения нефти и полезных ископаемых, грунтовые воды, бункеры и туннели.
Криптография
Угроза прорывов Китая в области квантовых вычислений уже оказывает влияние на кибербезопасность. Инсайдеры национальной безопасности говорят, что Китай и другие враждебные страны сбор зашифрованных сообщений и другие конфиденциальные данные из США и хранить их до того дня, когда квантовые компьютеры станут достаточно мощными, чтобы взломать их шифрование.
В прошлом году администрация Байдена и Конгресс предприняли шаги, чтобы подтолкнуть правительственные учреждения к переходу на новые «постквантовые» криптографические методы, которые считаются неуязвимыми для квантовых компьютеров.
Китай применяет другой и более дорогой подход к угрозе взлома квантового кода. В стране развиты сети из тысяч миль волоконно-оптических кабелей, соединяющих крупные города, которые распространяют случайные квантовые ключи с помощью фотонов для обеспечения безопасности связи. Из-за природы квантовой механики считается, что любая попытка подслушивания в такой сети изменит фотоны, предупредив пользователей. Китай также является первой страной, которая продемонстрировала распространение квантовых ключей через спутник.
Благодаря этим усилиям Китай опередил США в квантовых коммуникациях. RAND исследование заключен в прошлом году. США лидируют в области квантовых вычислений, хотя неясно, есть ли у них преимущество в области обнаружения, пишут исследователи RAND.
Тайминг и навигация
Нынешнее поколение спутниковой GPS может определять местоположение только с точностью до трех метров. Квантовая физика позволила бы добиться большей точности.
В лабораториях ученые разработали более точные атомные часы размером с комнату на основе оптических лазеров, которые будут отставать на секунду через миллиарды лет. Vector Atomic входит в число немногих компаний, работающих над созданием меньших по размеру и более прочных часов для повседневного использования в полевых условиях, обменивая передовую производительность лабораторных достижений на надежность и практичность.
Прошлым летом на многонациональных военно-морских учениях Rim of the Pacific (RIMPAC) калифорнийский стартап заявил, что продемонстрировал корабельные оптические часы в относительно компактном 40-литровом корпусе, точность которых снизилась на 10 триллионных долей секунды примерно через час. Текущие спутниковые GPS-часы смещаются настолько сильно через 20 секунд.
Такое улучшение может иметь множество преимуществ. GPS останется точным при менее частых обновлениях спутниковых часов с земли. В сочетании со спутниками на низкой околоземной орбите, которые будут приближать сигналы GPS, более точное время повысит точность до нескольких сантиметров. Это означало бы, например, что GPS может удерживать беспилотные автомобили на полосе движения.
Лучшее время также позволит более эффективно использовать сотовые и другие беспроводные сети, объединяя больше пользователей в спектр, который в настоящее время считается сильно загруженным.
Переносные атомные часы можно было ставить на самолеты или наземные транспортные средства. Это позволит американским войскам установить временные локальные сети GPS вокруг полей сражений с сигналами связи, которые будут слишком сильными, чтобы их можно было нарушить, в то время как США будут глушить вражеские космические навигационные системы, сказал генеральный директор Vector Atomic Джамиль Або-Шаир, который руководил квантовыми программами в DARPA. с 2010 по 2014 год.
Компания, которая не привлекала венчурного финансирования, но получила более 50 миллионов долларов государственных исследовательских контрактов, работает над проектами с ВМС и DARPA, чтобы уменьшить свои часы, чтобы они были меньше, чем ручная кладь.
Также на RIMPAC компания Vector Atomic продемонстрировала компактный квантовый гравиметр в паре со стандартной инерциальной навигационной системой, которая обещает позволить военно-морским кораблям перемещаться без GPS. Устройство измеряет крошечные изменения локальной силы гравитации из-за изменений подводного рельефа. По словам Або-Шаир, сравнивая измерения с гравитационной картой, устройство смогло скорректировать дрейф в инерциальной навигационной системе корабля, чтобы точно определить местоположение судна в течение трех недель использования.
Компания полагает, что через два-три года она сможет начать коммерциализацию энергоэффективной версии, достаточно маленькой, чтобы поместиться в багажнике автомобиля.
Несколько других компаний работают над квантовыми инерциальными датчиками, в том числе австралийская компания Q-CTRL, которая планирует в середине 2023 года провести полевую демонстрацию квантовой навигационной системы с партнером Advanced Navigation. Компания Infleqtion из Колорадо является частью британского проекта по разработке системы квантового позиционирования для отдельных транспортных средств. Квантовый гироскоп, который компания создает для этой инициативы, пройдет летные испытания в 2024 году.
Связь
При финансировании DARPA компания Infleqtion, которая в прошлом году сменила название с ColdQuanta, также разрабатывает квантовые радиоприемники для замены спутниковых антенн. Они могут быть настроены на частоты по всему спектру, от диапазонов HF и UHF, используемых военными тактическими радиостанциями, до диапазона K, используемого спутниковой широкополосной сетью SpaceX Starlink. По словам Кларка, эта технология позволит одному устройству заменить то, что сегодня делают десять различных наборов приемников.
К 2025 году компания планирует продемонстрировать карманный шестидиапазонный приемник с лазерами и внутренней электроникой, уменьшенный до размеров небольшой обувной коробки.
Кроме того, Кларк сказал, что подобная технология может быть использована для создания настраиваемого многодиапазонного передатчика. «Это будет Святой Грааль», — сказал он. Forbes. «Это будет похоже на ваш коммуникатор из «Звездного пути», полный прием и передача в маленьком устройстве».
Конкурентность
В то время как в Советском Союзе родились одни из величайших физиков-теоретиков 20-го века, не так много признаков того, что Россия сегодня разрабатывает важные квантовые технологии, сказал исследователь RAND Эдвард Паркер. Forbes.
Работа Китая в области квантовых технологий сосредоточена в крупных национальных лабораториях. По словам Паркера, это может поставить ее в невыгодное положение с точки зрения коммерциализации квантовых датчиков по сравнению с США с их множеством частных компаний.
«Реальный прогресс в квантовом восприятии, который должен быть достигнут сейчас, заключается не обязательно в лабораторных или академических работах, а в том, чтобы сделать его пригодным для использования в полевых условиях», — сказал Паркер. «Мне неясно, есть ли у них инфраструктура частного сектора для выполнения такой кропотливой работы».
БОЛЬШЕ ОТ FORBES
Источник: https://www.forbes.com/sites/jeremybogaisky/2023/02/13/the-spy-balloon-is-just-the-start-venture-capital-joins-pentagon-in-spending-big- чтобы помешать Китаю в войне квантовых технологий/