Компании като Vector Atomic и Infleqtion помагат на военните да използват квантовите технологии за разработване на подземни сензори, сигурни комуникации и алтернативи на GPS.
By Джереми Богайски
Ifплаващ шпионски балон високо над САЩ е пример за технологична война от 19 век, мислете за кванта като за близкото бъдеще.
Пентагонът от години търси нови начини за използване на квантовата физика за водене на война, независимо дали става въпрос за разработване на по-мощни компютри, поддържане на GPS, укрепване на сигурността на комуникациите или създаване на средства за наблюдение, които биха могли да откриват по-добре потопени подводници и подземни бункери. Има спешност: Китай също инвестира сериозно в развитието на тези способности.
Вземете например GPS. В случай на въоръжен конфликт между САЩ и Китай едно от първите неща, към които и двете страни ще се насочат, ще бъде глобалната система за позициониране на другата страна. Представете си хаоса на земята и объркването в небето без него.
Изследователите разработват квантово подобрени навигационни системи, които биха позволили на корабите и самолетите да останат на курса в случай на прекъсване на GPS, както и да насочват ракетите към техните цели по-точно. Част от това включва създаването на по-точни атомни часовници, тъй като GPS в основата си е система за време - изчисляване на разликата във времето между сателитите и приемниците на земята. Технологията ще бъде готова до пет години, каза Майкъл Хайдук, заместник-директор на изследователската лаборатория на ВВС.
„Това ще промени света по доста забележителни начини и не е нужно да чакате твърде дълго за това“, каза Уилям Кларк, физик и вицепрезидент на Infleqtion, стартираща компания, която е един от лидерите в тази област. Forbes.
ГОТОВ ИЛИ НЕ
Оценката на Министерството на отбраната на готовността и очакваното военно въздействие на набор от квантови технологии.
В своята технологична надпревара с Китай Пентагонът увеличи разходите за изследвания и разработки в много области, включително квантовите науки. Правителствените агенции трябваше да похарчат 918 милиона долара за квантова научноизследователска и развойна дейност през фискалната 2022 г. спрямо 449 милиона долара през 2019 г., като Изследователската лаборатория на военновъздушните сили, Агенцията за напреднали изследователски проекти в областта на отбраната и Службата за военноморски изследвания сред главните финансиращи организации. Техните вноски са допълнени от нарастващи количества рисков капитал. Квантовите стартиращи компании в САЩ са натрупали 870 милиона долара финансиране през 2022 г., според Pitchbook, което е почти двойно повече от 2020 г.
По-голямата част от фокуса е върху разработването на квантови компютри. Докато класическото изчисление се основава на „битове“, които са или едно, или нула, квантовите изчисления използват субатомни частици като „кубити“. Поради квантовия феномен на суперпозицията, кубитите могат да бъдат едно и нула едновременно или пропорции между тях, което би могло да им позволи да бъдат използвани за бързо решаване на сложни проблеми, които са извън обсега на настоящите машини.
Полезните квантови компютри може да са след десетилетие или повече, но някои от основните изследвания за контролиране на отделни атоми и фотони са на прага да бъдат използвани за създаване на по-точни сензори, включително такива, които проследяват движението, като акселерометри и жироскопи, като както и устройства, които откриват малки промени в силата на гравитацията и магнитните полета.
КВАНТОВ СКОК
Военните разглеждат набор от приложения за квантовата технология.
Отчети през 2017 г на китайския пробив в квантовата магнитометрия повдигна спекулации, че може да е в състояние да разположи въздушна мрежа от устройства за откриване на подводни подводници от километри. Много експерти са скептични, но в дългосрочен план се очаква, че квантовите гравиметри и магнитометри ще могат да картографират по-точно подземни обекти като находища на нефт и минерали, подземни води, бункери и тунели.
Криптографията
Заплахата от пробив на Китай в квантовите изчисления вече оказва влияние върху киберсигурността. Инсайдери по националната сигурност казват, че Китай и други враждебни страни са събиране на криптирана комуникация и други чувствителни данни от САЩ и съхраняването им до деня, когато квантовите компютри станат достатъчно мощни, за да разбият тяхното криптиране.
Миналата година администрацията на Байдън и Конгресът предприеха стъпки, за да накарат правителствените агенции да преминат към нови „постквантови“ криптографски методи, за които се смята, че са непревземаеми за квантовите компютри.
Китай предприема различен и по-скъп подход към заплахата от квантов крак на код. Страната е разработила мрежи от хиляди мили оптични кабели, свързващи големите градове, които разпространяват произволни квантови ключове чрез фотони за осигуряване на комуникации. Поради естеството на квантовата механика се смята, че всеки опит за подслушване на такава мрежа би променил фотоните, предупреждавайки потребителите. Китай е и първата страна, която демонстрира квантово разпространение на ключове чрез сателит.
Благодарение на тези усилия Китай изпревари САЩ в квантовите комуникации, а RAND проучване сключен миналата година. САЩ са водещи в квантовите изчисления, но не е ясно дали и двете имат предимство в усещането, пишат изследователите на RAND.
Време и навигация
Текущото поколение сателитни GPS могат да определят местоположенията само до три метра. Квантовата физика би позволила по-голяма точност.
В лаборатории учените са разработили по-точни атомни часовници с размер на стая, базирани на оптични лазери, които биха загубили секунда след милиарди години. Vector Atomic е сред шепата компании, работещи по разработването на по-малки, по-здрави часовници за ежедневна употреба на терен, търгувайки с авангардна производителност на лабораторни пробиви за надеждност и практичност.
Миналото лято на многонационалните военноморски учения Rim of the Pacific (RIMPAC), базираната в Калифорния стартираща компания заяви, че е демонстрирала корабни оптични часовници в сравнително компактен 40-литров пакет, който се е отклонил от точността с 10 трилионни от секундата след приблизително час. Настоящите сателитни GPS часовници се отклоняват толкова много след 20 секунди.
Този вид подобрение може да има множество ползи. GPS ще остане точен с по-рядко актуализиране на сателитни часовници от земята. В комбинация със сателити в ниска околоземна орбита, които биха доближили GPS сигналите, по-прецизното определяне на времето би подобрило точността до сантиметри. Това би означавало, например, че GPS може да задържи превозните средства без водачи в техните ленти.
По-доброто време също би позволило по-ефективно използване на клетъчни и други безжични мрежи, опаковайки повече потребители в спектър, който в момента се счита за силно претоварен.
Преносимите атомни часовници могат да се поставят на самолети или наземни превозни средства. Това би позволило на американските сили да издигнат временни локални GPS мрежи около бойните полета с комуникационни сигнали, които биха били твърде силни, за да бъдат прекъснати, докато САЩ заглушават вражеските космически базирани навигационни системи, каза главният изпълнителен директор на Vector Atomic Джамил Або-Шаер, който управляваше квантови програми в DARPA от 2010 до 2014 г.
Компанията, която не е приела никакво рисково финансиране, като същевременно натрупа над 50 милиона долара държавни договори за научни изследвания, работи по проекти с Военноморските сили и DARPA за свиване на часовниците си, така че да са по-малки от ръчния багаж.
Също така в RIMPAC, Vector Atomic демонстрира компактен квантов гравиметър, съчетан със стандартна инерционна навигационна система, която обещава да позволи на военноморските кораби да се движат без GPS. Устройството измерва малки промени в местната сила на гравитацията поради промени в подводния терен. Чрез сравняване на измерванията с гравитационна карта, устройството успя да коригира отклонението в инерционната навигационна система на кораба, за да фиксира точно местоположението на кораба за три седмици употреба, каза Або-Шаер.
Компанията вярва, че след две-три години ще може да започне комерсиализиране на енергийно ефективна версия, достатъчно малка, за да се побере в багажника на кола.
Няколко други компании работят върху квантови инерционни сензори, включително базираната в Австралия Q-CTRL, която планира полева демонстрация в средата на 2023 г. на квантово активирана навигационна система с партньора Advanced Navigation. Базираната в Колорадо Infleqtion е част от британски проект за разработване на система за квантово позициониране за отделни превозни средства. Квантовият жироскоп, който компанията изгражда за инициативата, ще бъде тестван с полет през 2024 г.
комуникации
С финансиране от DARPA, Infleqtion, която миналата година промени името си от ColdQuanta, също разработва квантови радиоприемници, които да заменят сателитните чинии. Те могат да бъдат настроени на честоти в целия спектър, от HF и UHF лентите, използвани от военните тактически радиостанции, до K-обхвата, използван от сателитната широколентова мрежа Starlink на SpaceX. Технологията ще даде възможност на едно устройство да замени това, което десет различни набора приемници правят днес, каза Кларк.
До 2025 г. компанията планира да демонстрира шестлентов приемник с джобен размер с лазери и електроника, намалена до размера на малка кутия за обувки.
По-нататък, Кларк каза, че подобна технология може да се използва за създаване на регулируем многолентов предавател. „Това би бил Светият Граал“, каза той Forbes. „Би било като вашия комуникатор на Стар Трек, пълно предаване и приемане в малко устройство.“
Конкуренция
Въпреки че Съветският съюз създаде някои от най-великите теоретични физици на 20-ти век, няма много признаци, че Русия разработва значителни квантови технологии днес, каза изследователят на RAND Едуард Паркър Forbes.
Работата на Китай в квантовата технология е съсредоточена в големи национални лаборатории. Това може да го постави в неизгодно положение при комерсиализиране на квантовите сензори в сравнение със САЩ, с неговия набор от частни компании, каза Паркър.
„Истинският напредък в квантовото усещане, който трябва да бъде постигнат сега, не е непременно лабораторна или академична работа, а в това да го направим полеви“, каза Паркър. „Не ми е ясно дали разполагат с инфраструктурата на частния сектор, за да вършат този вид дребна работа.“
ПОВЕЧЕ ОТ ФОРБИ
Източник: https://www.forbes.com/sites/jeremybogaisky/2023/02/13/the-spy-balloon-is-just-the-start-venture-capital-joins-pentagon-in-spending-big- да осуетиш-китай-в-войната-на-квантовите технологии/