杜颖：量子技术将如何改变战争？

点击：作者：杜颖来源：中国指挥与控制学会发布时间:2020-12-28 11:41:30

导读：量子技术是当前世界上最具颠覆性的前沿技术之一，已经成为世界主要国家进行高新技术竞争的重要领域。以量子力学为理论基础发展起来的量子信息技术衍生出量子密码和量子计算，前者从理论上提供一种不可截获和破译的绝对安全的新型密码体制，而后者极其强大的并行计算能力可以轻易破解基于数学问题的经典密码体制。因此，谁先抢占这一技术领域的战略制高点，谁就能把握决定未来信息化战争胜败的关键因素。本文介绍了量子技术在量子计算、通信、探测方面的应用和研究，并讨论了量子技术在未来战争中的应用，对未来战争场景进行了猜想。本文编译的目的在于阐述量子技术的主要观点，关注量子技术的当代应用和发展趋势，解释量子技术研究方法，说明量子技术在未来战争中的应用。

量子力学武器化:未来战争中的量子技术

雷纳·G·贝伦德森-MAJ（荷兰皇家军）的专著

美国陆军指挥和总参谋部学院，利文沃斯堡，KS

2019

简介

假想一下，有一台计算机能在不到眨眼功夫的时间内解决了当今最快的超级计算机无法解决的数学问题。再假想一下，有一种技术能让观察者看穿墙壁，或者能看到世界海洋最深处的情况。再假想一下，有一种技术可以建立一个不可破解的全球网络，又同时可以让对手最机密的数据在己方变得透明。

这些都是量子计算机和量子技术的特点，它们将决定未来几十年、甚至几百年的全球信息技术的未来。它代表了一场与现代历史上任何一场战争一样深刻的变革，我们正站在这场革命的边缘，它带来了希望，也带来了危险。

-亚瑟·赫尔曼《赢得量子计算竞赛》

我在想比炸弹更厉害的东西。我在考虑量子计算机。

-约翰·冯·诺伊曼《宇宙波澜》

历史表明，新技术可以显著改变战争的面貌。1939年，一艘德国潜艇在英格兰南海岸外的海峡被抓获后，英国情报官员缴获了一台德国恩尼格玛(Enigma)密码机。在波兰密码分析人员的帮助下，英国专家建造了一台破译机，使他们能够破译德国的信息，这在整个二战期间给盟军在战术和操作上带来了巨大的情报优势。

1938年，德国化学家偶然发现了核裂变。由于担心纳粹德国会研制出原子弹，美国政府启动了曼哈顿计划。这个项目的目的是制造一颗原子弹来对抗纳粹德国的类似炸弹威胁。当德国在六年的战争后向同盟国投降时，太平洋地区对日本的战争却仍在继续。美国在广岛和长崎投下两颗原子弹，第二次世界大战便在日本投降时宣告结束了。

密码机Enigma和曼哈顿计划都是经过深思熟虑的政府秘密计划，都有科学家、数学家、物理学家和军方的大规模合作。“密码机”的破译对战争的推进产生了重大影响，而“曼哈顿计划”强烈地影响了战争的结果，并产生了广泛的战略效果，而这些影响至今仍存在。

今天，经历了第四次工业革命，看其所带来的创新速度以及新出现的技术，经典的克劳塞维茨关于战争性质的理论比以往任何时候都更受到质疑。目前，各商业公司正在与重点大学研究团队合作，研究量子技术的潜力。量子技术一个最重要的应用例子就是量子计算。

摩尔定律指出，计算机的处理能力每两年将翻一番。然而，根据物理学量子计算和量子信息标准教科书的作者迈克尔·尼尔森Michael A. Nielsen和Isaac L. Chuang的说法，其处理能力的增长正在放缓，摩尔定律预计将在2020年左右结束。因此，Nielsen和Chuang建议“解决摩尔定律最终失败所带来的问题的一个可能的解决方案是转向一个不同的计算模式。”量子计算理论提供了这样一个范例，它是基于使用量子力学而不是经典物理的思想。

虽然今天的量子计算机还不能与传统计算机竞争，但量子专家预计，量子计算机将在2025年至2030年之间超越“量子霸权”。第一个迹象是，量子计算机有潜力搜索大量数据，解决问题的速度比传统计算机快得多。此外，量子计算机还可以破解密码系统，促进人工智能(AI)和安全通信。

预计美国将在量子计算领域拥有早期优势。业界领先的公司，如谷歌、微软和IBM，至少在不久的将来应该在美国继续发展这一概念。然而，中国也在探索量子技术的应用，在量子通信领域已经超过了美国。

美国《2018年国防战略》(NDS 2018)确认了以低准入壁垒跟上新技术高速发展的重要性。NDS 2018称，“新的商业技术将改变社会，并最终改变战争的性质。”许多技术发展将来自商业部门，这意味着国家竞争者和非国家行为者也将获得这些技术，这一事实有可能侵蚀美国已经习以为常的传统优势。”

因此，认识到量子技术及其应用的重要性，发展量子技术的整合，理解2018年NDS的战略背景，在操作艺术的范式中考虑量子技术是必要的。量子技术是一种新兴技术，有可能重塑世界，引发新的军备竞赛。鉴于量子技术的早期阶段和这一技术优势对对手的潜在重要性，这一专著分析了量子技术和检查其在未来战争的潜在重要性。

本文由五章组成。第一章阐述了量子技术的主要观点。第二章将重点关注量子技术的当代应用和发展趋势，以建立一个全面的视角来了解量子技术及其潜力。第三章将解释研究方法。第四章继续就该专题讨论，其中提出了三种方案来说明量子技术在未来战争中的应用，并以第五章结束。

第一章：量子技术

量子力学:微积分中真正的“黑魔法”。

-阿尔伯特·爱因斯坦《量子计算和量子信息》

对于那些第一次接触量子理论时不感到震惊的人来说，他们不可能理解它。

尼尔斯·玻尔，量子:爱因斯坦，波尔，和关于现实本质的伟大辩论

没有量子力学，就不能写量子技术。虽然对量子力学的广泛科普超出了这一专著的范围，但它是一个讨论量子力学的简单且必要的主题。根据Meriam Webster（韦伯斯特）量子力学的理论,是基于占有的概念及基本粒子的波动性概念,这在提供一个数学化解释物质的结构和相互作用的基础上,描述这些属性,这包含量子理论和不确定性原理。

Nielsen和Chuang将量子力学描述为构建物理理论的数学框架或规则集。其中一个例子就是量子电动力学，它研究原子和光的相互作用。量子计算理论家、《自德谟克利特以来的量子计算》(Quantum computing Since Democritus)一书的作者斯科特•阿隆森(Scott Aaronson)或许是做出了对量子力学最好的科普解释。他描述了科学的层次结构，生物处于顶端，然后是化学，然后是物理，然后是数学，其中量子力学位于数学和物理之间。Aaronson认为量子力学是其他物理理论作为应用软件运行的操作系统。在他看来，量子力学的本质“是关于信息、概率和可观测的，以及它们之间是如何相互关联的理论。”

量子力学试图，分类和预测物理世界的行为。它研究物质(例如质子、电子和中子)、能量及其相互作用。这在一定程度上是一个挑战，理论物理学家、1965年诺贝尔物理学奖得主理查德·费曼(Richard Feynman)对此做出了最好的解释:“我要告诉你大自然是什么样子的……如果你有可能避免它，就不要一直对自己说，‘怎么会是那样的呢?’”“因为你会‘掉进阴沟里’，进入一个还没有人逃出来的死胡同。没人知道会是这样。”半个多世纪过去了，物理学家们仍在争论如何解释量子力学。

牛顿定律和爱因斯坦的理论使我们能够准确地预测和理解日常世界中物体的运动，并创造我们对现实的感知。然而，牛顿定律并不适用于亚原子层面，并且与量子力学定律相矛盾，因此，这就意味着对现实的另一种感知是可能的。

当讨论量子现象如叠加和纠缠时，现实就变得更像科幻小说了。处于叠加状态的粒子同时表示多种状态。纠缠允许粒子相互连接，即使距离很远。当其中一个粒子被测量并显示出它的状态时，另一个粒子立即显示出与被测量的粒子相反的状态。

虽然量子力学方程是正确的，物理学家也熟悉了这种似是而非的现实，但争论的主要部分围绕着理解质子、电子和中子等粒子行为的不同视角展开。一方面，物理学家相信人们可以预测粒子的行为。另一方面，一些物理学家强调，如果想对一个粒子的行为作出评价，就必须测量它的行为。然而，当测量一个粒子时，测量本身会影响该粒子的特定行为，这表明在被测量之前，真实并不存在。

尽管物理学家之间一直在进行讨论，但如果没有量子力学，像激光、晶体管和我们所有的电子硬件这样的发明就永远不会成为现实。这些专著超越了量子力学的理论和特性，并集中在已经充分利用量子力学力量的量子技术应用上。最相关应用的量子技术为量子计算，量子通信，和量子探测。在下一章中，我们将相应地讨论这三个问题。

第二章:量子技术的应用

从有关量子技术各种应用的专利申请量、发表著作量以及量子技术的最新发展情况来看，中美两国在量子技术发展和应用的研究中可以视为平等的。在其他国家落后的情况下，美国和中国的发展为未来的军事目的提供了一个概述和可能的方向。

量子计算

数字计算机通过使用它的微处理器(如因特尔、AMD)处理信息来解决问题。一个普通的微处理器由10到20亿个晶体管组成。这些晶体管负责电子的流动，可以打开或关闭以表示数值1或0。这个数值也称为位。比特被组织成更大的结构单位，如数字、字母、单词，这些可以代表几乎任何形式的信息，如文本、声音、图片或移动图像。

量子计算机使用量子位元而不是普通位元。量子位元可以同时表示1或0。这是可能的，因为有叠加现象。因在美国国家标准与技术研究所(NIST)在量子力学方面的实验工作而获得2012年诺贝尔物理学奖的戴夫·温兰德(Dave Wineland)解释说，叠加原理与可以在碗中来回滚动的弹珠类似：

“在原子离子实验中，我们可以制造原子弹珠。我们可以让它来回滚动，就像弹珠在一个真正的碗里一样。在某个时间点，原子会在碗的右边，再过一会儿，原子会在碗的左边,但我们也可以创建一种状态，原子同时在碗的右边和左边。”

然而，叠加很容易由于与环境的相互作用、杂散噪声或测量而中断，迫使量子位元充当普通位元。这种干扰被称为退相干。解决这个退相干问题的方法是通过隔离来保护量子位元。解决退相干问题被视为创建稳定可靠的量子计算机的关键因素。

另一种量子现象是纠缠。通过连接量子位元，计算机能力显著提高。纠缠量子位可以使并行操作的数量翻倍。然而，量子位元的纠缠也需要一个稳定和可控的环境。因此，量子计算机由一个屏蔽结构和一个冷却系统组成，用来在几乎绝对开尔文零度(-459.67华氏度)下冷却量子位。

“九章”量子计算机

三种量子计算机

今天有三种已知的量子计算机:量子退火炉，模拟和通用型。量子退火是最容易建造的，具有与经典计算机相当的计算能力。与其形成量子纠缠，量子退火可以通过依赖偶然纠缠的量子位元来解决1000或更多量子位元的问题。量子退火器被优化为只执行一种特定的功能，使更快的飞行成为可能。量子退火技术将能够“加速研究更好的航空航天材料，这些材料可以屏蔽辐射或经受热量，或者模拟机翼上的流动。”2017年，量子计算公司D-Wave Systems建造了一个2000量子位的商用量子退火炉。

第二种类型的量子计算机是模拟量子计算机。模拟量子计算机比经典计算机具有更强的计算能力，可以模拟经典计算机无法处理的复杂量子相互作用。模拟量子计算机可以模拟物理过程。例如，这可能包括在受控实验中模拟地球气候的某些方面，或模拟电力传输的最佳无损耗方式。这些模拟器已经建立了多达51个量子位元。

第三种量子计算机是通用量子计算机。今天，因为在计算时管理永久纠缠态的量子位的技术挑战，一个通用的量子计算机仍然很难建立。一台通用量子计算机将能够运行复杂的算法，发现数据中的模式，并解决最先进的经典计算机无法解决的问题。2017年，计算机公司IBM成功地将20个量子位有效地纠缠在一台通用量子计算机中。

通用量子计算机的诞生不会在一夜之间就发生。此外，在通用量子计算机取代传统计算机之前，预计这种计算机从需要一组专家来操作的全房间大小的机器，到一些便携式或可穿戴的物品，如笔记本电脑或手表，还需要一些时间。

美国已经意识到量子技术的未来潜力。最近，美国众议院通过了一项国家量子倡议法案。该法案要求总统政府实施一个为期十年的国家量子计划，以加速量子信息科学和技术应用的发展。该法案旨在“通过支持量子信息科学和技术的研究、开发、示范和应用，以促进和扩大该领域相关研究人员、教育工作者、学生和设施的数量，确保美国在量子信息科学及其技术应用方面继续保持领导地位。”该计划将在2019年至2023年期间拨款12亿美元给美国各个相关领域的研究所。

根据亚瑟·赫尔曼博士和伊达利亚·弗里德森的说法，国家量子计划对美国国家安全至关重要，并且为国家量子战略铺平了道路。赫尔曼通过与确保美国拥有第一颗原子弹的曼哈顿计划进行比较，强调了这一点的重要性。

最近，美国国防部(DoD)宣布将其军事信息技术(IT)系统转移到云上。新的联合企业防御基础设施(JEDI)将为美军提供更高效和更灵活的数据使用。然而，由于所有数据都是集成的，它也可能会产生单点故障。因此，新项目应该解决量子威胁，并使“Q-day proof”。Q-day是指量子计算机能够破解强大加密的日子。届时未受保护的数据可能会受到影响。此外，美国的对手可能已经积累了加密的敏感数据，然后能够解密这些数据。

由于担心量子计算机可能会破坏现有的加密算法，NIST正在组织研讨会，与公共开发人员进行接触，获取后量子算法的专业知识，以取代他们目前的标准。

美国认识到与私营企业合作以跟上量子计算发展的重要性。最近，商务部负责标准与技术的副部长和NIST主任Walter G. Copan宣布成立量子经济发展联盟(QEDC)。QEDC由政府和私营成员组织共同资助，旨在促进量子技术的研究和发展。

美国政府已经建立了重要的伙伴关系。美国国家航空航天局(NASA)、洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)和大学空间研究协会(USRA)正在试验D-Wave 2000Q量子计算机。自2013年以来,这些机构创造了量子人工智能实验室安装了一个D-Wave量子电脑,用它来探索潜在的量子计算及其适用性广泛的复杂的问题,如网络搜索、语音识别、规划和调度、空中交通管理、机器人任务到其他行星,并支持业务任务控制中心。

D-Wave 2000Q有多达2048个量子位元，大约有700立方英尺，并使用量子退火来寻找问题的解决方案。D-Wave系统为开发者提供了一个开源的工具包，一个云服务，并为他们提供一次一分钟的量子处理，从而使量子计算向公众开放。加拿大的D-Wave系统公司声称D-Wave 2000Q是“世界上最先进的”。谷歌、英特尔、Rigetti（里格蒂计算机公司）和IBM等其他公司也在创建开源编程平台，并为远程实验提供基于云的量子访问。最终，这些公司看到了量子计算在医药、药物发现、金融、优化和网络安全等领域的应用。另外，根据谷歌AI的说法，“量子计算是一个新的范例，它将在加速人工智能任务方面发挥重要作用。”

凭借其量子位量子计算机处理器，谷歌在第一台通用量子计算机的竞争中处于领先地位。然而，里格蒂计算机公司的创始人查德·里格蒂声称，他们已经为量子计算机设计了一种微芯片，这种芯片的量子位元数量将是里格蒂（Rigetti）目前计算机的六倍多。里格蒂希望在2019年之前制造出一台具有128量子位元功能的计算机。里格蒂说，如果这能取得成功，它将成为世界上最强大的量子计算机，并且有可能超过传统的超级计算机。一切都在朝着超新星爆发的方向发展，这就是量子的优势。”

中国也认识到量子技术的潜力。自2017年以来，中国开始斥资100亿美元建设量子信息科学国家实验室。该设施预计将于2020年投入使用。根据《安徽商报》,中国领先年代量子专家潘健胃也是团队的一部分,中国的记录建立一个18-qubit通用量子计算机在2018年3月宣布,中国人民解放军(PLA)将受益于科技发达。《南华早报》写道,据科学家和有关部门参与项目的中国正在建设世界上最大的量子研究机构开发量子计算机和其他革命形式的军事技术,可以使用的代码——打破或隐形潜艇。预计到2020年，中国将拥有一台50量子位的量子计算机。

与美国一样，中国也认识到广泛使用量子计算的好处。2018年2月，中国最大的计算公司之一阿里巴巴联合中国科学院宣布推出11量子位云量子计算服务。阿里巴巴云的首席量子技术科学家史耀云说:“量子计算服务将使团队更容易试验处理器，更好地理解所需的硬件，以及开发量子工具和软件。一个月后，中国另一家计算机巨头百度宣布成立其量子计算研究所，致力于量子计算软件和信息技术的应用。百度量子计算研究所所长段润遥教授表示，他们的目标是“在5年内把百度的量子计算研究所打造成世界一流的机构”。

量子通信和量子密码

除了量子计算机的发展，专家们已经将量子力学应用于诸如通信安全等实际应用。与欧洲规模较小的前身相比，量子通信提供商Quantum Xchange已主动部署了美国首个从波士顿到华盛顿特区的量子网络。网络允许信息交换而不被破坏使用基于纠缠的量子密钥分配(QKD)协议。在这种方法中，密钥与在两个节点之间传输的光子集成。这些光子不能被复制或克隆，通过比较这些光子传输之前和之后的测量结果，可以发现潜在的窃听者。根据Quantum Xchange首席执行官John Prisco的说法，建立量子密钥分发网络作为一种防御措施至关重要，“在量子计算机的空前能力成为攻击武器之前一定守住”。

2016年，中国发射了世界第一颗量子通信卫星“墨子号”。这颗卫星使QKD拥有一个地面站，是中国建设全球互联网和量子通信网络的更大雄心的一部分。2017年9月，世界上第一条2000公里长的北京和上海量子通信线路投入运行。然而，面临的挑战是，光子在距离上可能被大气吸收，在地面网络中则可能被光纤吸收，这使得量子传输在运行了几十公里后就无法实现了。目前，唯一的方法来延长距离是安装可信节点。这条线路还与墨子号卫星相连。

2018年1月，墨子号卫星启动了安全视频会议。从那时起，中国正在快速地向前发展，建立全国性的量子通信网络。据Elsa Kania说，中国已经建立了该基金会，并正在扩展其保护军事、政府和商业通信免受最新安全威胁的网络。中国的第十三个五年国家科技创新计划——展示了中国在科技创新方面的雄心——描述了到2030年一个完整的国家量子网络。

量子探测

由于量子探测带来的潜力对军事最有用，与量子计算和量子通信相比，关于量子探测的文章很少。由于量子探测器具有纠缠的潜力，因此它可以比传统的传感器进行更精确的测量。根据美国空军科学咨询委员会的一项研究，空军使用量子系统，量子导航传感器可以成为实现GPS无法实现的优势的一个重要部分。该研究还指出，更好的定时精度将提高空军的任务和能力，如信号情报(SIGINT)、反DRFM(数字无线电频率存储器)、电子战(EW)和更强大的通信。

在YouTube上一个关于量子探测和通信的未来的视频中，位于华盛顿特区的美国海军研究实验室的研究物理学家Marco Lanzagorta（兰扎戈塔）博士描述了他最近在量子雷达、水下雷达和成像方面的理论研究。他的中心论点是，这些新应用具有巨大的潜力。然而，广泛的研究是必要的，把这些新应用的物化。与经典雷达相反，量子雷达不依赖于从物体反射回来的信号。相反，量子雷达利用纠缠光子的现象来获取物体的信息。兰扎戈塔说:“量子雷达有更高的目标探测概率，更难以被敌人发现，对干扰也更有弹性。”

兰扎戈塔还提出了一个更好的替代潜艇声纳雷达和谈论鬼影成像。简而言之，虚影成像可以将从未出现在相机视场中的物体成像。

兰扎戈塔在总结他的演讲时说，他有理由相信量子信息可能是信息时代的原子弹，未来可能会提供我们现在甚至无法想象的其他激进概念。

单光子量子雷达

小结

尽管要体验量子技术的全部力量还需要一段时间，但人们已经可以看到未来的预兆。量子力学为量子技术的使用带来了前所未有的应用。尽管其中许多具有和平目的，并将在全球范围内对社会互动、信息意识和理解产生重大影响，但量子技术用于各种军事应用并不难。虽然量子技术的一些应用是先验的，但量子技术的应用预示着美国和中国、物理学家、科学家、数学家和军方之间的军备竞赛。通过奠定国家量子战略的基础，美国和中国都直接认识到量子技术的重要性。

第三章：研究方法

当一个科学家说某件事是可能的，他几乎肯定是对的。当他说某事不可能时，他很可能是错的。发现可能极限的唯一方法，就是冒险越过极限，进入不可能的领域。

任何足够先进的技术都与魔法无异。

Arthur C. Clarke的三技术定律《精神机器的时代》

有效地混淆科学事实和科幻小说，可能是事实科学超越自身、取得更多创新形式之外的唯一途径。

-Julian Bleecker，设计小说:一篇关于设计、科学、事实和虚构的短文

预测未来可能是一项艰巨的任务。尽管没有明确的指引，但正如约翰•刘易斯•加迪斯在其著作《历史景观》中所写，预测未来的方法之一是研究过去。科技企业家Andreas Antonopoulos在他的YouTube电影《未来》中指出，应用新技术可以让你看到的大部分东西都是仿照过去阴影的拟物化设计。这不是创新。通常，意外不是由一项新兴技术的影响引起的。这可以用Edward Cornish所说的“过去和未来的连续性”来解释。按照康沃尔的说法，“如果过去发生的事情和未来将会发生的事情之间没有联系，我们将完全无法预测未来发生的事情，也根本无法思考未来。”

军队试图阻止自己参加最后一场战争。预测未来的一种方法是通过军队编制面向未来的报告。如可视化2050年战术地面战场报告和文件:研讨会报告和作战环境和未来战争的变化特征，为未来部队发展提供了一个起点，并为战略制定者提供信息。

卡尔·冯·克劳塞维茨说过:在战争中，比在任何其他地方，是整体支配着所有的部分，用它的特征来标记它们，并从根本上改变它们。换句话说，要想象未来的战争，我们需要想象世界和作战环境将会是什么样子。框架结构，如政治军事经济社会信息基础设施物理环境时间(PMESII-PT)，和区域结构能力组织事件(ASCOPE)，帮助军事规划者描述和定义整体。当一个人研究未来时，在搜索相关的趋势和发展时，框架结构也很有用。

为了进一步研究量子技术在未来战争中的应用，作者采用了一种探索的方法，将场景开发方法和科幻小说的原型相结合。下一节将讨论这两种方法，并将对本文的应用方法进行详细解释。

Peter Schwartz是主要的未来学家和场景开发者之一。施瓦茨将发展情景视为一个有纪律、有组织的过程，通过思考决策将如何体现来自由预测未来。情景是一种工具，帮助我们在一个充满不确定性的世界中有长远的眼光。专业未来学家Jan Nekkers描述了一个场景,一个故事,描述了一个未来可能在地平线的一年结束,还包含一个对事件的解释,现在和他们的传播未来的发展,最后提供了一种内在一致的账户如何展开的未来。开发场景没有一种特定的方法。然而，场景应该围绕一个必须用场景来回答的问题建立，包括一个时间范围，并说明对未来很重要的趋势。此外，场景应该构建在作为每个场景的基础的内聚框架上。每一种情景还应该以其对未来的影响结束。最后，可以对场景进行监测，以符合实际的发展情况。

另一种研究未来的方法是利用科幻小说中的原型技术。根据未来学家Brian Johnson的说法，科幻原型是一种基于特定科学事实的短篇故事、电影或漫画，目的是探索该科学或技术的含义、影响和后果。科幻原型可以让人想象和描述一种技术的未来可能的应用，可以作为进一步讨论和促进未来设计的起点。在使用科幻原型制作过程时，首先应该定义自己想要探索的技术或科学。然后围绕故事所选择的技术或科学建立一个环境，并探究这种新的科学或技术可能对故事中的主要元素产生什么影响。最后，评估将技术应用到实际世界中可以学到的经验教训，并定义进一步的影响。

这一专著提出了三种情况下的应用量子技术在未来的战争来实现。第一个场景是围绕量子计算构建的。第二种方案涉及量子通信。第三种方案的主要主题是量子探测。每个场景之前都有一个章节，以相关书籍和电影的形式通过科幻小说为场景框架。在作战环境中讨论的全球趋势和未来战争的变化特征，以及本文作者提出的战争趋势和挑战构成了这些情景的上下文环境。每个场景都以确定的含义结束。这三种情况互为连续性，创造了一个更大的叙事整体，揭示了以下问题的答案:量子技术在未来战争中的潜在重要性是什么?

第四章:场景

场景1

限制场景

电脑经常在科幻电影中扮演中心角色。在许多这样的科幻电影中，情节都是关于一个受人工智能教育的计算机，接管对人类或系统的指挥，用于黑客攻击，或支持虚拟现实的构建。下面的部分将说明这些概念。

制作于1954年的科幻电影《高格》(Gog)讲述了一个故意自我破坏空间站人工智能核操作可变自动计算机(NOVAC)的故事，该计算机控制和协调在一个高度机密的政府设施中建立空间站的所有设备。工厂的员工失去了对NOVAC的控制，因为NOVAC在建设过程中被秘密操纵。这台被操纵的电脑由两个机器人控制，并指挥机器人前往核反应堆控制室，引发核爆炸。最后，工厂的员工通过攻击和压制机器人来防止灾难的发生。

在1970年制作的科幻惊悚片《巨人:福宾计划》中，一台旨在控制美国核武库的计算机“巨人”发现，苏联也开发了类似的基于计算机的防御系统。巨像和苏联守卫系统连接起来，开始用复杂的数学语言交流。由于美国和苏联都无法发现两台计算机的通信内容，他们切断了连接。然而，这两台计算机都需要恢复链接。当链路最终中断导致两枚核导弹发射后，链路迅速恢复，两台计算机继续运行，没有任何干扰。经过几次失败的尝试后，美国和苏联都中断了这两台电脑，电脑一直负责直到电影结束。

电视剧《黑客先生》和电影《骇客黑帽》(2015)都展示了广泛的黑客手段，比如使用勒索软件，入侵智能家居系统和汽车，以及短信欺骗。《机器人先生》主要讲述的是一名网络安全专家利用自己的技能入侵了他本应保护的公司。在其他黑客的帮助下，他成功地删除了这家跨国公司持有的所有债务数据。电影《黑帽黑客》(Blackhat)展示了对中国核设施和芝加哥贸易交易所(chicagcantile Trade Exchange)进行网络攻击的黑客方法。

科幻电影《黑客帝国》三部曲讲述了创造人工智能并失去控制的人类之间争夺能量的故事，以及创造了控制人类的虚拟世界“黑客帝国”的机器人的故事。黑客帝国允许人们在自己的脑袋里下载程序，这样人们就可以进入一个特定的环境，或者突然拥有了物理上的超能力。

在《头号玩家》(2018)中，当人们试图通过进入OASIS虚拟世界(本体论上以人类为中心的感官沉浸式模拟)来逃离他们的反乌托邦环境时，真实世界和虚拟世界的区别变得模糊了。在《绿洲》中，人们可以是每个人，可以做任何事情，比如将自己塑造成游戏中的化身。这些电影激发并启发了很多想法，导致了下面场景的发展。

剧情:“量子计算机统治”

2040年，由于气候变化，地球上的平均温度上升了华氏8度。对第一台通用量子计算机的军备竞赛已经变成了对液体- M材料的军备竞赛。2030年，中国在月球背面执行太空任务时发现了液体-M。液态超导材料是制造小型可移动量子计算机所需的有效冷却和稳定量子位元的材料。美国、印度、中国和欧盟拥有一些更大尺寸的量子计算机。关于对一个国家进行大规模量子计算机攻击的讨论，已经发展到与1945-1990年冷战期间的核威慑讨论相同的水平。由于大规模量子计算机攻击的破坏性预期，拥有通用量子计算机的国家之间有强烈的动机来避免冲突。

到2035年，机器人和人类的互动已经有了巨大的飞跃，成为一种司空见惯的现象并为人们所接受。许多以前由人执行的工作现在由机器人或类人来执行。然而，根据2028年日内瓦协议(GA28)，特定的任务和工作只能由人类执行。在一艘武器化潜艇人工智能机器人跟踪器(WSAIRTV)在马六甲海峡击沉一艘集装箱船之后，世界各国领导人都强调了GA28的重要性。

在2035年，一家生产量子计算机的主要公司D-Wave systems生产了第一台可操作的通用量子计算机，它只有一个大手提箱那么大。由于D-Wave在V-cloud中建立了开放存取计划，因此D-Wave能够生产第一台量子计算机。V-cloud是由一群匿名的开发人员发明的，并获得了巨大的成功。V-cloud的优势之一是它是一个分布式、开放访问和分散的平台。95 V-cloud是第一个成功的“整个生活体验”解决方案，包括所有智能手机应用、社交媒体、新闻、电影、游戏和V-net。V-cloud也是人们见面的首选场所。

D-Wave年代量子计算机的发明,美国国防部走近D-Wave系统和提供D-Wave系统合同取代大部分的国防部年代高性能计算机(HPC),它是由美国国防部自己的计算机研究和开发部门,在经典计算机无法满足的需求更多的计算能力。在等待量子计算的突破时，高性能PC被大规模使用，并成为美国陆军机器人部队的半自主机器人的重要组成部分。高性能计算机还为综合战场指挥和控制系统2.0 (ibc2 -2)带来了更多的计算能力，允许军事人员计划作战、跟踪单位位置和预测敌人行动。

在雇员们得知D-Wave公司计划与国防部签署一份价值数十亿美元的合同后，D-Wave公司一些最有知识的量子工程师开始辞职。他们的主要异议是，尽管GA28禁止使用自主人工智能引导机器人(AAIGR)，但量子计算机将为半自主机器人转变为用于战争的AAIGR开辟道路。

Wave成为V-net的热门话题，起因是他们量子研究部门的某些文件在一次网络攻击中被盗。就在同一周，D-Wave公司的一位顶级量子工程师在访问中国时被绑架。与此同时，他的V-cloud化身ID实际上被绑架了。在他对美国V- cloud nation的讲话中，美国总统的帕特里克爱国者指责中国的网络攻击和绑架。中国的反应是限制液体M的出口。

尽管量子威慑存在，而且所有重要国家都签署了GA28，但量子计算机的使用改变了战争的性质。这一点在2038年中国军事规划者利用量子计算的力量在中国西南边境附近的小规模冲突中获益时变得明显，而他们的对手仍然依赖于高性能计算机。

在冲突开始之前，中国人知道他们对对手有三个明显的优势。第一个优势是，由于他们的物理和虚拟集成量子指挥所平台(PVIQCPP)，规划者能够显著地操纵时间。PVIQCPP计划系统是在2037年开发的，允许计划者在几分钟内向他们的指挥官提出选择。PVIQCPP已经掌握了所有的数据(如地形、天气和对手)，并自动分析复杂系统、生成选项、变量、每个选项的风险评估和成功率。由于这是一个基于科学和PVIQCPP AI强化的自动过程，计划者更多地成为了生成选项和信息的程序员和验证者。指挥官在计划过程中的角色也发生了变化。PVIQCPP已经列出了所有可能出现的问题。指挥官所要做的唯一一件事就是填写下拉菜单和多项选择表，选择提出的问题之一，加上他想要应用的创造性百分比，以及他期望用于计算的PVIQCPP的摩擦百分比。

中国的第二个优势是它已经秘密开发了量子联合勇士平台(QJWP)。QJWP是联合行动复杂性问题的解决方案。QJWP是第一个能够在陆地、空中和海上进行操作的平台。此外，通过与PVIQCPP的连接，QJWP可以实时地在整个三维空间内自动协调和消除其行为，而不需要过多的规划。中国QJWP运营商几乎完全依赖其平台提供的数据和可能的决策。然而，在GA28的压力下，中国仍然对每个QJWP使用人工界面，而它只需要改变一些设置就可以自动运行。

第三个优势是中国将他们的量子计算机网络连接到V-cloud上，使中国能够生成大量关于V-cloud人口的数据。早在2015年，当中国开始向南中国海的珊瑚礁上撒沙子时，中国就找到了一种不同的方式来思考空间和地形。20多年后，中国发展了几乎相同的方法，创建了一条虚拟九段线，让对手和竞争对手无法进入特定区域，也无法访问V-cloud中的人物形象。

场景1的影响

1. 作为量子计算发展的先决条件的资源或条件增加了该特定资源或条件的竞争。

2. 量子计算机将大大促进人工智能的发展。

3. 量子计算机为威慑战略提供了新的选择。

4. 量子计算机将能够在多个维度中自动协调和消除冲突，而不需要过度规划。

5. 及时讨论量子计算在人工智能和机器人技术中的应用，对于界定人类和自主系统在战争中的部署边界是必要的。

6. 量子计算机增加了维度的混杂。

7. 开发用于攻击性应用的量子计算机可能会引起开发者或商业公司的伦理考虑。

8. 量子计算机将增加对战争科学部分的依赖，并将减少指挥官的创造力和作战艺术的应用。

场景2

限制场景

量子力学的显著特点为科幻小说制片人提供了广泛的剧本选择。时间、空间、瞬间移动、交流以及呈现另一种现实感知的多维度是科幻电影中经常出现的主题。

量子领域是时间和空间运行方式不同的另一个维度，可以远距离传送。它在1963年的《神奇四侠16》中被首次提到，当时的故事名为《末日博士的微观世界》。从那以后，量子领域一直是漫威漫画和复仇者联盟电影中的主要量子特征。

电影《蚁人与黄蜂》(2018)表明，暴露在量子领域的能量下，一个人会获得超能力。这部电影还讲述了量子纠缠的特性，这种量子现象允许粒子之间相互连接，即使距离很远。通过量子纠缠的特性，蚁人仍然可以和他的妻子联系，尽管她已经消失在量子领域，蚁人可以去把她从量子领域救出来。

量子领域就像矩阵允许旅行到其他维度，因此呈现现实的其他感知。黑洞和虫洞还允许在空间和时间中遥远的点或不同宇宙之间的瞬时旅行，例如电影《星际穿越》(2014)。在这部电影中，由于灾难、饥荒和干旱，地球变得不适合居住。主角们试图通过太空中的虫洞逃离地球，寻找更美好的未来。

《源代码》(2011)超越了多维度的现象，展示了平行宇宙的存在。主角死于一次直升机失事。然而，他的身体是被人工维持的，他的大脑是在另一个人的身体里被激活的。然后主人公通过旅行到一个平行的世界，认知地回到过去，他可以自由地扰乱这个世界，而不改变在原始现实中发生的情况。

另一种现实的概念在2010年的电影《创:战纪》中也有所体现。主角传送到一个存在于电脑上的叫做网格的虚拟世界，并展示了这个完美的世界。然而，负责“网格”的恶意程序试图影响现实世界，并想阻止主角到达“门户”，即返回现实世界的门户。

场景:“全量子方法”

中国西南边境冲突期间的景象令其他国家感到震惊，尤其是那些数十年来也一直在投资量子技术的国家。事实证明，中国在2018年制定的经过深思熟虑选择的量子战略，使中国相对于那些提出的战略陷入官僚机构困境的国家具有显著优势。中国不仅投资开发了通用量子计算机，而且展示了一种完整的量子方法(WQA)。中国已经制定了一个量子结构来支持他们国家力量的所有要素。与中国的7G网络整合，量子通信被视为最突出的一个。

在2038年，中国仍被视为美国最大的竞争对手。尽管美国《2018年国防战略》将中国确定为战略竞争对手，但在随后的几年里，美国对中国的技术发展关注较少。自从第一颗量子卫星发射以来，中国一直在建设一个全国性的量子通信网络。该网络包括卫星通信、量子光纤地面网络和到V-cloud的量子安全通信。此外，基于他们所获得的关于传送信息的知识，研究人员已经成功地将一个小型无机物传送了100英里远。虽然物体的大小和物体内氧气的百分比仍然是长距离传送的限制，军事思想家已经在讨论机会。远程传送将允许军队加快移动和机动的节奏，扩大作战范围，并提供灵活的基地。

冲突爆发前的一个重要事件是中国使用了数字反访问和区域封锁(D-A2AD)。在之前的冲突中，中国的舆论工作室制造并使用了假新闻，而在这次冲突中，中国在V-cloud中制造了本地数字封锁，总体上否认了某些演员的信息。这些塑造活动对中国来说并不是很困难。早在2020年，中国就开始在全球各地建立数据中心，由他们管理，或者向中国大陆以外的国家和企业提供低息贷款，以提供此类工作。因此，中国可以影响数据中心的建设，并最终在需要的时候加以利用。在亚洲大陆，中国控制着几乎所有的计算机能力枢纽，这些数据中心为V-cloud和机器人系统运行所需的所有电子和计算机系统提供带宽。

尽管美国对中国的WQA一无所知，但是D-Wave在2035年发明的通用量子计算机给了美国一个中国没有意识到的意想不到的能力。自使用高性能计算机以来，美国一直在收集中国国防部的数据。然而，直到宇宙量子计算机的突破，美国无法解密所有的数据。经过一番努力，美国掌握了中国近50%的加密绝密文件。其中一份文件直接导致了对2038年冲突的预见。另一份后来被发现的文件证实了在存在光子延时机(PTDM)的冲突中出现的谣言。PTDM是一种车载机器，它可以突破光子毯，使中国单位可以延迟光子毯所覆盖的所有特定区域的时间和运动。

中国率先找到了操纵时间和行动的方法，这一事实令美国的军事规划者感到担忧。在几次入侵中国量子安全通信网络的尝试失败后，美国不得不寻找另一种方式来匹配技术水平。

场景2的影响

1. 革命性的技术需要纳入国家战略。

2. 技术上至关重要的基础设施应由我们自己管理。

3. 电力和数据带宽在战争中至关重要。

4. 否认信息将继续在战争中发挥重要作用。

5. 革命性发明的发展(例如传送、时间和运动操纵器)将首先在小规模的基础上，并在它们被充分开发之前实现。

6. 操纵时间和运动的能力将对操作产生重大影响。

场景3

场景的限制

军事科幻小说是电影、电脑游戏和书籍中很有名的一类。大部分的故事是关于人类与机器人或外星人在高度先进的技术武器系统的空间环境中战斗。而且，战争往往是逃离或在反乌托邦世界中生存的必要手段。有时，战争以小规模开始，以大规模战争或毁灭一个星球告终。

最著名的军事科幻电影之一是《星球大战》。几乎每一部《星球大战》电影的中心主题都是主角领导的叛军士兵与黑暗势力帝国的战争。战争发生在银河系的各个行星上。《星球大战》电影中的主要技术特征是宇宙飞船、人工智能机器人、光剑武器、激光、全息图和力场。其他著名的军事科幻电影还有《星舰骑兵》(1997)、《明日边缘》(2014)以及电视剧《星际迷航》和《太空堡垒卡拉狄加》。

战争小说《红色风暴上升》和《与俄罗斯的战争:来自高级军事指挥官的紧急警告》与上面的例子相似，尽管不是科幻小说，也更现代一些，但都涉及大规模战争的主题。这两部小说还描述了在核武器的门槛下，一个小规模的事件如何激发了与俄罗斯的战争。

在对未来技术的预期中，小说《幽灵舰队:下一个世界大战的小说》描述了在俄罗斯的支持下，美国和中国之间的第三次世界大战情景。这部小说描述了美国是如何被一场大规模的网络攻击所震惊，这种攻击摧毁了第五代战斗机、核潜艇、卫星和通信系统等武器系统。随后，美国在其领土上受到攻击。只有在重新激活美国后备舰队并对商业公司产生强烈的依赖之后，美国才能结束战争并恢复原状。

场景:“全尺寸量子优势”

当美国的军事规划者们正在对中国操纵时间和行动的能力可能带来的后果做一份清单时，美国的政治领导层发起了第四季度会议。作为预防措施，第四季度会议在阿姆斯特丹的一个物理地点举行，而不是它通常在V-cloud举行。大多数量子专家在听说中国的PTDM时都感到惊讶。尽管如此，他们都敦促加强合作，并在短期内召开新的会议。

中国在2038年冲突中的主要目标之一是测试一些新开发的技术。中国没有预见到2038年的冲突会结束得这么快。中国还预计一些对手会干涉冲突。在整个冲突过程中，中国已经认识到，国际社会和一些主要国家的决策周期无法与中国在各方面的行动节奏相竞争。然而，中国承认，它并不是在与同行竞争。在冲突后的两年里，中国特别关注其量子探测军事能力的进一步发展。2038年的冲突在美国引发了一场有争议的讨论。自2018年以来，美军长期驻扎在伊拉克和阿富汗，主要专注于镇压叛乱(COIN)，此后将训练重点转移到大规模作战行动(LSCO)上。然而，自2032年美国总统帕特里克·爱国者(Patrick Patriot)当选以来，主要受2033年股市崩盘和没有大规模冲突的推动，美国陆军的国防预算大幅削减。这和美国陆军在全球执行能力建设任务的趋势，使美国LSCO学说面临压力。然而，2038年的冲突是促使美国国会提高国防预算并重新关注中国的诱因。

除了两国之间长期的紧张关系之外，形势的巧合也引发了中美之间的冲突。首先，中国拒绝美国进入月球背面。因此，美国无法按照他们的条件获得流动货币。其次，美国发现中国拥有V-cloud运行所需的70%的电力。这意味着中国几乎控制了V-cloud，这对V-cloud的分散和开放访问特性是一个危险。第三，当中国失去了对QWJP的控制时，QWJP意外地击沉了两个美国潜艇平台(SMP)。

在美中冲突期间，我们看到中国在各个方面都有一些主要优势。在物理层面(陆地)，美国机器人战士平台(RWP)面临进一步发展的PTDM的影响，现在可以操纵时间和运动近5分钟实时，让中国的QWJP在局部机动上胜过美国RWP编队。此外，采用PTDM技术在中国的QWJP上作了涂层。基于光子层的涂层大大降低了激光和超音速子弹对QWJP装甲的动能冲击。虽然常规的卫星GPS信号大部分时间被双方拒绝，中国单位能够导航和部署GPS制导武器系统具有极端精度，因为使用了量子探测器GPS能力。此外，中国的量子束双目望远镜(QBB)比美国的版本要先进得多。有了QBB，中国士兵可以在角落里看，还可以透过墙壁、烟雾和无机物看到东西。

在物理维度(sea)上，美国安装在其大部分SMP上的量子水下雷达可以被视为相当于中国的版本。因此，两国能够相互了解对方的水下能力。然而，中国的水下雷达可以配置定位小型物体，如水雷或小型水下无线无线电视。

在物理层面(air)，美国的武器系统，如人工智能机器人群(air)和过时的F-35战斗机，很容易被中国部署的移动量子雷达站(MQRS)探测到，这是最近为支持中国的综合防空系统而增加的。

网络空间，特别是V-cloud，受到了中美两国的激烈竞争。由于全球大部分人口都在V-cloud中度过他们的时间，V-cloud被认为是赢得一个人的意见和支持最重要的。尽管V- cloud只存在了几年，但它被视为自41世纪90年代互联网发明以来最具创新的维度之一。这两个国家都还在研究如何利用V-cloud来发挥各自的优势。

除了中国打算在月球的远端建立一个小型基地之外，太空的规模相对来说仍是没有争议的。两国都部署了多组卫星，以获得有利的信息位置。中国的星载量子探测器卫星(SQSS)仍在建设中。此外，世界各国领导人成功地说服两国领导人不要利用空间进行进攻性行动。

尽管取得了小小的成功，但国际社会面临的下一个挑战是向这两个国家施加压力，以停止这场冲突，更具体地说，说服美国不要使用核武器。一些美国政界人士曾表现出强烈的言辞，支持使用核武器或使用量子计算机进行全面攻击，以结束这场冲突。

场景3的影响

1. 拥有量子技术潜力的军队将比不具备这种能力的对手拥有显著优势。

2. 量子探测器将改变战争的战术和作战水平。

3. 量子探测器可以让隐形能力过时。

4. 在空间维度上部署量子探测器可以增强数据收集，并为量子卫星导弹防御系统提供机会。

5. 量子技术突破的发展需要全球密切监控，以防止对手(国家或组织)的突然袭击。

第五章:结论

未来将会发生!我们所面临的选择是，我们是将引领我们走向它，还是在未来的某个时刻被它所震惊。

-约翰·m·默里将军，推特军队未来司令部司令

量子力学知识和专业知识的演变及其在量子计算、量子通信和量子探测等量子技术上的应用，已经挑战了日常现实的感知。量子技术所能提供的可能性被完全理解，这不会在一夜之间发生。尽管量子技术仍处于起步阶段，但它是一种新兴技术，有可能重塑世界，引发新的军备竞赛。美国和中国都认识到量子技术在军事应用中的重要性。量子计算机、量子通信和量子探测器将极大地改变战争的性质。

本文的目的是调查量子技术在未来战争中的潜在重要性。本文简要地讨论了量子力学。进一步分析了量子计算、量子通信和量子探测。最后，本研究提出了量子技术军事应用的三种实现方案。

对量子技术的分析显示出量子计算机发展的多样性。宇宙量子计算机是终极量子计算机。通用量子计算机能更快地解决问题，并能同时执行困难的数学计算。此外，量子计算机还能破解密码，极大地促进人工智能的发展。量子通信允许安全通信，甚至在遥远的距离和整个维度。基于量子纠缠原理，甚至可以实现材料的隐形传态。量子探测器允许更精确的导航、定位和计时。此外，量子探测器打破了传统的雷达和隐身模式。

当我们充分利用量子技术时，这些场景可以让我们窥见未来战争的面貌。在战争的战术层面，量子技术将集成到军事装备中，如个人装备、武器(系统)、车辆和平台(如无人机和机器人)。在战争的作战层面，量子技术影响着所有维度的作战。量子技术促进了数据的收集和分析，并固定了观察方向决定行为(OODA)循环(例如量子计算机和人工智能)。随着时间的推移，量子技术将改变现有的组织和使用军事力量的模式，因为时间和运动将是可塑的(例如，隐形传态)。在战争的战略层面，量子技术为威慑和混合战争(例如(联合国)常规战争与网络战的结合)提供了新的选择。在政策层面，整体的量子方法有利于量子技术的进一步发展，并将其融入到国家力量的各个要素中。此外，量子技术的武器化需要讨论自主武器系统的伦理困境和人工智能指导下的人类决策问题。军事领导人应该拥抱量子技术为未来军事应用提供的机会。然而，首先需要了解这种新技术的可能性，并将其纳入教育、培训和未来部队发展中。