Spoločnosti ako Vector Atomic a Infleqtion pomáhajú armáde využívať kvantové technológie na vývoj podzemného snímania, bezpečnej komunikácie a alternatív k GPS.
By Jeremy Bogaisky
Ifplávajúci špionážny balón vysoko nad USA je príklad technologickej vojny z 19. storočia, predstavte si kvantum ako blízku budúcnosť.
Pentagon už roky hľadá nové spôsoby, ako využiť kvantovú fyziku na vedenie vojny, či už ide o vývoj výkonnejších počítačov, zabezpečenie GPS, posilnenie bezpečnosti komunikácie alebo vytváranie prostriedkov sledovania, ktoré by dokázali lepšie odhaliť ponorené ponorky a podzemné bunkre. Je to naliehavé: Čína tiež veľa investuje do rozširovania týchto schopností.
Vezmite si napríklad GPS. V prípade ozbrojeného konfliktu medzi USA a Čínou by jednou z prvých vecí, na ktoré by sa obe strany zamerali, bol globálny systém určovania polohy druhej krajiny. Predstavte si chaos na zemi a zmätok na oblohe bez toho.
Výskumníci vyvíjajú kvantovo vylepšené navigačné systémy, ktoré by umožnili lodiam a lietadlám zostať v kurze v prípade výpadku GPS, ako aj presnejšie navádzať rakety na svoje ciele. Časť toho zahŕňa vytvorenie presnejších atómových hodín, pretože GPS je v srdci systém časovania - výpočet rozdielu v čase medzi satelitmi a prijímačmi na zemi. Technológia bude hotová do piatich rokov, povedal námestník riaditeľa Výskumného laboratória vzdušných síl Michael Hayduk.
„Toto zmení svet dosť pozoruhodným spôsobom a nemusíte na to čakať príliš dlho,“ povedal William Clark, fyzik a viceprezident Infleqtion, startupu, ktorý je jedným z lídrov v tejto oblasti. Forbes.
PRIPRAVENÝ ALEBO NIE
Hodnotenie ministerstva obrany o pripravenosti a očakávanom vojenskom dopade celého radu kvantových technológií.
Vo svojich technologických pretekoch s Čínou Pentagon zvýšil výdavky na výskum a vývoj v mnohých oblastiach vrátane kvantových vied. Vládne agentúry mali vo fiškálnom roku 918 vynaložiť 2022 miliónov dolárov na kvantový výskum a vývoj, oproti 449 miliónom dolárov v roku 2019, pričom hlavnými sponzormi boli Výskumné laboratórium vzdušných síl, Agentúra pre obranné pokročilé výskumné projekty a Úrad pre námorný výskum. Ich príspevky boli doplnené o rastúci objem rizikového kapitálu. Americké kvantové startupy v roku 870 podľa Pitchbooku vyčerpali 2022 miliónov dolárov, čo je takmer dvojnásobok v roku 2020.
Väčšina pozornosti sa sústredila na vývoj kvantových počítačov. Zatiaľ čo klasické výpočty sú založené na „bitoch“, ktoré sú buď jedna alebo nula, kvantové výpočty používajú subatomárne častice ako „qubity“. Kvôli kvantovému fenoménu superpozície môžu byť qubity jedna a nula súčasne, alebo proporcie medzi nimi, čo by mohlo umožniť ich použitie na rýchle riešenie zložitých problémov, ktoré sú mimo dosahu súčasných strojov.
Užitočné kvantové počítače môžu byť vzdialené desaťročie alebo viac, ale niektoré základné výskumy v oblasti riadenia jednotlivých atómov a fotónov sú na pokraji použitia na výrobu presnejších senzorov, vrátane tých, ktoré sledujú pohyb, ako sú akcelerometre a gyroskopy. ako aj zariadenia, ktoré zisťujú malé zmeny gravitačnej sily a magnetických polí.
KVANTOVÝ SKOK
Armáda hľadá celý rad aplikácií pre kvantovú technológiu.
Správy v roku 2017 Čínsky prelom v kvantovej magnetometrii vyvolal špekulácie, že by mohol byť schopný nasadiť vzdušnú sieť zariadení na detekciu podvodných ponoriek na míle ďaleko. Mnohí odborníci sú skeptickí, ale z dlhodobého hľadiska sa očakáva, že kvantové gravimetre a magnetometre budú schopné presnejšie zmapovať podzemné útvary, ako sú ložiská ropy a nerastov, vodné hladiny, bunkre a tunely.
Kryptografie
Hrozba prelomových objavov zo strany Číny v oblasti kvantových počítačov už má vplyv na kybernetickú bezpečnosť. Zasvätenci z národnej bezpečnosti tvrdia, že Čína a ďalšie nepriateľské krajiny sú zhromažďovanie šifrovanej komunikácie a ďalšie citlivé údaje z USA a ich uchovávanie až do dňa, keď budú kvantové počítače dostatočne výkonné na to, aby prelomili ich šifrovanie.
Minulý rok Bidenova administratíva a Kongres podnikli kroky, aby prinútili vládne agentúry, aby prešli na nové „postkvantové“ kryptografické metódy, o ktorých sa predpokladá, že sú pre kvantové počítače nedobytné.
Čína pristupuje k hrozbe prelomenia kvantového kódu iným a drahším spôsobom. Krajina vyvinula siete s tisíckami kilometrov optických káblov spájajúcich veľké mestá, ktoré distribuujú náhodné kvantové kľúče prostredníctvom fotónov na zabezpečenie komunikácie. Vzhľadom na povahu kvantovej mechaniky sa verí, že akýkoľvek pokus o odpočúvanie takejto siete zmení fotóny a upozorní používateľov. Čína je tiež prvou krajinou, ktorá demonštruje kvantovú distribúciu kľúčov cez satelit.
Na základe tohto úsilia Čína predbehla USA v kvantovej komunikácii, a štúdia RAND uzavretá minulý rok. USA vedú v kvantových výpočtoch, zatiaľ čo nie je jasné, či má niektorá z nich výhodu v snímaní, napísali výskumníci RAND.
Načasovanie a navigácia
Súčasná generácia satelitného GPS dokáže odhadnúť polohu len s presnosťou troch metrov. Kvantová fyzika by umožnila väčšiu presnosť.
V laboratóriách vedci vyvinuli presnejšie atómové hodiny veľkosti miestnosti založené na optických laseroch, ktoré by po miliardách rokov stratili sekundu. Vector Atomic patrí medzi hŕstku spoločností, ktoré pracujú na vývoji menších, odolnejších hodín pre každodenné použitie v teréne a vymieňajú špičkový výkon laboratórnych objavov za spoľahlivosť a praktickosť.
Minulý rok v lete na mnohonárodnom námornom cvičení Rim of the Pacific (RIMPAC) kalifornský startup uviedol, že demonštroval lodné optické hodiny v relatívne kompaktnom 40-litrovom balení, ktoré sa po približne hodine odchýlilo od presnosti o 10 biliónov sekundy. Súčasné satelitné GPS hodiny sa posúvajú o toľko po 20 sekundách.
Takéto zlepšenie môže mať množstvo výhod. GPS by zostalo presné s menej častými aktualizáciami satelitných hodín zo zeme. V spojení so satelitmi na nízkej obežnej dráhe Zeme, ktoré by priblížili signály GPS, by presnejšie načasovanie zlepšilo presnosť s presnosťou na centimetre. To by napríklad znamenalo, že GPS by mohlo udržať vozidlá bez vodiča vo svojich jazdných pruhoch.
Lepšie načasovanie by tiež umožnilo efektívnejšie využívanie celulárnych a iných bezdrôtových sietí, čím by sa do spektra, ktoré sa v súčasnosti považuje za veľmi preťažené, zbalilo viac používateľov.
Prenosné atómové hodiny by mohli byť umiestnené na lietadlách alebo pozemných vozidlách. Americkým silám by to umožnilo vybudovať dočasné miestne siete GPS okolo bojisk s komunikačnými signálmi, ktoré by boli príliš silné na to, aby ich mohli narušiť, zatiaľ čo USA rušia nepriateľské vesmírne navigačné systémy, povedal generálny riaditeľ Vector Atomic Jamil Abo-Shaeer, ktorý riadil kvantové programy v DARPA. od roku 2010 do roku 2014.
Spoločnosť, ktorá nezískala žiadne rizikové financovanie a zároveň získala viac ako 50 miliónov dolárov z vládnych výskumných zmlúv, pracuje na projektoch s námorníctvom a DARPA s cieľom zmenšiť svoje hodiny tak, aby boli menšie ako príručná batožina.
Aj na RIMPAC, Vector Atomic demonštroval kompaktný kvantový gravimeter spárovaný so štandardným inerciálnym navigačným systémom, ktorý sľubuje, že umožní námorným lodiam navigáciu bez GPS. Prístroj meria drobné zmeny v miestnej sile gravitácie v dôsledku zmien podmorského terénu. Porovnaním meraní s gravitačnou mapou bolo zariadenie schopné opraviť posun v inerciálnom navigačnom systéme lode, aby presne určilo polohu plavidla počas troch týždňov používania, povedal Abo-Shaeer.
Spoločnosť verí, že o dva až tri roky bude môcť začať komercializovať energeticky efektívnu verziu dostatočne malú na to, aby sa zmestila do kufra auta.
Niekoľko ďalších spoločností pracuje na kvantových inerciálnych senzoroch, vrátane austrálskej Q-CTRL, ktorá v polovici roku 2023 plánuje demonštráciu kvantového navigačného systému s partnerom Advanced Navigation. Infleqtion so sídlom v Colorade je súčasťou britského projektu na vývoj systému Quantum Positioning System pre jednotlivé vozidlá. Kvantový gyroskop, ktorý spoločnosť stavia pre iniciatívu, bude letovo testovaný v roku 2024.
komunikácia
S financovaním DARPA spoločnosť Infleqtion, ktorá minulý rok zmenila svoj názov z ColdQuanta, tiež vyvíja kvantové rádiové prijímače, ktoré nahradia satelitné paraboly. Môžu byť naladené na frekvencie v celom spektre, od pásiem HF a UHF používaných vojenskými taktickými rádiami až po pásmo K, ktoré používa satelitná širokopásmová sieť Starlink spoločnosti SpaceX. Táto technológia umožní jednému zariadeniu nahradiť to, čo dnes robí desať rôznych prijímačov, povedal Clark.
Do roku 2025 spoločnosť plánuje predviesť vreckový šesťpásmový prijímač s lasermi a zadnou elektronikou zmenšenou na veľkosť malej krabice od topánok.
Ďalej Clark povedal, že podobná technológia by sa mohla použiť na vytvorenie laditeľného viacpásmového vysielača. "To by bol svätý grál," povedal Forbes. "Bolo by to ako váš komunikátor Star Trek, plný vysielania a prijímania v malom zariadení."
Súťaž
Zatiaľ čo Sovietsky zväz vytvoril niektorých z najväčších teoretických fyzikov 20. storočia, nie je veľa náznakov, že Rusko dnes vyvíja významné kvantové technológie, povedal Edward Parker, výskumník RAND. Forbes.
Čínska práca v oblasti kvantovej technológie sa sústreďuje vo veľkých národných laboratóriách. To by ho mohlo znevýhodniť pri komercializácii kvantových senzorov v porovnaní s USA s radom súkromných spoločností, povedal Parker.
"Skutočný pokrok v kvantovom snímaní, ktorý sa má teraz dosiahnuť, nie je nevyhnutne laboratórna alebo akademická práca, ale jeho realizácia," povedal Parker. "Nie je mi jasné, či majú infraštruktúru súkromného sektora na to, aby mohli robiť takú hrubú prácu."
VIAC OD FORBES
Zdroj: https://www.forbes.com/sites/jeremybogaisky/2023/02/13/the-spy-balloon-is-just-the-start-venture-capital-joins-pentagon-in-spending-big- zmariť-čínu-v-kvantovej-technologickej-vojne/