Společnosti jako Vector Atomic a Infleqtion pomáhají armádě využívat kvantové technologie k vývoji podzemního snímání, zabezpečené komunikace a alternativ k GPS.
By Jeremy Bogaisky
Ifšpionážní balón plovoucí vysoko nad USA je příkladem technologické války z 19. století, představte si kvantum jako blízkou budoucnost.
Pentagon léta hledal nové způsoby, jak využít kvantovou fyziku k vedení války, ať už jde o vývoj výkonnějších počítačů, zálohování GPS, posílení bezpečnosti komunikace nebo vytváření sledovacích prostředků, které by dokázaly lépe odhalit ponořené ponorky a podzemní bunkry. Je to naléhavé: Čína také hodně investuje do rozvoje těchto schopností.
Vezměte si například GPS. V případě ozbrojeného konfliktu mezi USA a Čínou by jednou z prvních věcí, na které by se obě strany zaměřily, byl globální polohový systém druhé země. Představte si chaos na zemi a zmatek na obloze bez něj.
Výzkumníci vyvíjejí kvantově vylepšené navigační systémy, které by umožnily lodím a letadlům udržet kurz v případě výpadku GPS a také přesněji navádět rakety na jejich cíle. Část toho zahrnuje vytvoření přesnějších atomových hodin, protože GPS je v jádru systém časování – výpočet rozdílu v čase mezi satelity a přijímači na zemi. Technologie bude hotová do pěti let, řekl Michael Hayduk, zástupce ředitele výzkumné laboratoře letectva.
„Tohle změní svět poměrně pozoruhodným způsobem a nemusíte na to čekat příliš dlouho,“ řekl William Clark, fyzik a viceprezident Infleqtion, startupu, který je jedním z lídrů v oboru. Forbes.
PŘIPRAVEN NEBO NE
Posouzení připravenosti a očekávaného vojenského dopadu řady kvantových technologií ministerstvem obrany.
Ve svém technologickém závodě s Čínou Pentagon zvýšil výdaje na výzkum a vývoj v mnoha oblastech, včetně kvantových věd. Vládní agentury měly ve fiskálním roce 918 vynaložit 2022 milionů dolarů na kvantový výzkum a vývoj, oproti 449 milionům dolarů v roce 2019, přičemž hlavními sponzory byla Výzkumná laboratoř vzdušných sil, Agentura pro obranné pokročilé výzkumné projekty a Úřad námořního výzkumu. Jejich příspěvky byly doplněny rostoucími částkami rizikového kapitálu. Americké kvantové startupy v roce 870 nasákly financování ve výši 2022 milionů dolarů, podle Pitchbook téměř dvojnásobek v roce 2020.
Většina pozornosti byla věnována vývoji kvantových počítačů. Zatímco klasické výpočty jsou založeny na „bitech“, které jsou buď jedna nebo nula, kvantové výpočty používají subatomární částice jako „qubity“. Kvůli kvantovému jevu superpozice mohou být qubity jedna a nula zároveň, nebo proporce mezi nimi, což by mohlo umožnit jejich použití k rychlému řešení složitých problémů, které jsou mimo dosah současných strojů.
Užitečné kvantové počítače mohou být vzdáleny deset nebo více let, ale některé základní výzkumy v oblasti řízení jednotlivých atomů a fotonů jsou na pokraji využití k výrobě přesnějších senzorů, včetně těch, které sledují pohyb, jako jsou akcelerometry a gyroskopy. stejně jako zařízení, která detekují malé změny gravitační síly a magnetických polí.
JAK VELKÝ SKOK
Armáda hledá řadu aplikací pro kvantovou technologii.
Zprávy v roce 2017 Čínský průlom v kvantové magnetometrii vyvolal spekulace, že by mohl být schopen nasadit vzdušnou síť zařízení k detekci podvodních ponorek na míle daleko. Mnoho odborníků je skeptických, ale z dlouhodobého hlediska se očekává, že kvantové gravimetry a magnetometry budou schopny přesněji mapovat podzemní útvary, jako jsou ložiska ropy a nerostů, vodní hladiny, bunkry a tunely.
Kryptografie
Hrozba průlomu ze strany Číny v oblasti kvantových počítačů již má dopad na kybernetickou bezpečnost. Zasvěcenci národní bezpečnosti říkají, že Čína a další nepřátelské země jsou shromažďování šifrované komunikace a další citlivá data z USA a jejich uchovávání až do dne, kdy budou kvantové počítače dostatečně výkonné, aby prolomily jejich šifrování.
Minulý rok Bidenova administrativa a Kongres podnikly kroky, aby přiměly vládní agentury k přechodu na nové „postkvantové“ kryptografické metody, o kterých se věří, že jsou pro kvantové počítače nedobytné.
Čína přistupuje k hrozbě prolomení kvantového kódu jiným a nákladnějším způsobem. Země vyvinula sítě tisíců mil optických kabelů spojujících velká města, které distribuují náhodné kvantové klíče prostřednictvím fotonů k zabezpečení komunikace. Vzhledem k povaze kvantové mechaniky se věří, že jakýkoli pokus o odposlouchávání takové sítě změní fotony a upozorní uživatele. Čína je také první zemí, která demonstruje distribuci kvantového klíče přes satelit.
Na základě těchto snah Čína předstihla USA v kvantové komunikaci Studie RAND uzavřena loni. USA vedou v kvantovém počítání, i když není jasné, zda má některý z nich náskok ve snímání, napsali výzkumníci RAND.
Časování a navigace
Současná generace satelitního GPS dokáže odhadnout polohu pouze do tří metrů. Kvantová fyzika by umožnila větší přesnost.
V laboratořích vědci vyvinuli přesnější atomové hodiny velikosti místnosti založené na optických laserech, které by po miliardách let ztrácely sekundu. Vector Atomic patří mezi hrstku společností, které pracují na vývoji menších, odolnějších hodin pro každodenní použití v terénu a vyměňují špičkový výkon laboratorních objevů za spolehlivost a praktičnost.
Loni v létě na mezinárodním námořním cvičení Rim of the Pacific (RIMPAC) kalifornský startup uvedl, že předvedl lodní optické hodiny v relativně kompaktním 40litrovém balení, které se po zhruba hodině odchylovalo od přesnosti o 10 biliontin sekundy. Současné satelitní GPS hodiny se posunou o tolik po 20 sekundách.
Takové zlepšení může mít řadu výhod. GPS by zůstalo přesné s méně častými aktualizacemi satelitních hodin ze země. Ve spojení se satelity na nízké oběžné dráze Země, které by přiblížily signály GPS, by přesnější načasování zlepšilo přesnost na centimetry. To by například znamenalo, že GPS by mohlo držet vozidla bez řidiče v jejich jízdních pruzích.
Lepší načasování by také umožnilo efektivnější využití celulárních a jiných bezdrátových sítí, čímž by se do spektra, které je v současnosti považováno za vysoce přetížené, nabalilo více uživatelů.
Přenosné atomové hodiny by mohly být umístěny na letadlech nebo pozemních vozidlech. Americkým silám by to umožnilo postavit dočasné místní sítě GPS kolem bojišť s komunikačními signály, které by byly příliš silné na to, aby je narušily, zatímco USA ruší nepřátelské vesmírné navigační systémy, řekl generální ředitel Vector Atomic Jamil Abo-Shaeer, který řídil kvantové programy v DARPA. od roku 2010 do roku 2014.
Společnost, která nevyužila žádné rizikové financování a zároveň získala více než 50 milionů dolarů vládních výzkumných smluv, pracuje na projektech s námořnictvem a DARPA, aby zmenšila své hodiny tak, aby byly menší než příruční zavazadla.
Na RIMPACu také Vector Atomic předvedl kompaktní kvantový gravimetr spojený se standardním inerciálním navigačním systémem, který slibuje, že umožní námořním lodím navigovat bez GPS. Zařízení měří drobné změny v místní síle gravitace v důsledku změn podmořského terénu. Porovnáním měření s gravitační mapou bylo zařízení schopno korigovat posun v inerciálním navigačním systému lodi, aby přesně stanovilo polohu plavidla během tří týdnů používání, řekl Abo-Shaeer.
Společnost věří, že za dva až tři roky bude moci začít komercializovat energeticky účinnou verzi dostatečně malou, aby se vešla do kufru auta.
Několik dalších společností pracuje na kvantových inerciálních senzorech, včetně australské Q-CTRL, která plánuje v polovině roku 2023 ukázku kvantového navigačního systému s partnerem Advanced Navigation. Infleqtion se sídlem v Coloradu je součástí britského projektu vývoje kvantového polohovacího systému pro jednotlivá vozidla. Kvantový gyroskop, který společnost staví pro iniciativu, bude letově testován v roce 2024.
Komunikace
S financováním DARPA společnost Infleqtion, která loni změnila svůj název z ColdQuanta, také vyvíjí kvantové rádiové přijímače, které nahradí satelitní paraboly. Lze je naladit na frekvence v celém spektru, od pásem HF a UHF používaných vojenskými taktickými vysílačkami až po pásmo K používané satelitní širokopásmovou sítí Starlink společnosti SpaceX. Tato technologie umožní jednomu zařízení nahradit to, co dnes dělá deset různých přijímačů, řekl Clark.
Do roku 2025 společnost plánuje předvést kapesní šestipásmový přijímač s lasery a back-end elektronikou zmenšenou na velikost malé krabice od bot.
Dále Clark řekl, že podobná technologie by mohla být použita k vytvoření laditelného vícepásmového vysílače. "To by byl svatý grál," řekl Forbes. "Bylo by to jako váš komunikátor Star Trek, plný vysílání a příjmu v malém zařízení."
Soutěž
Zatímco Sovětský svaz produkoval některé z největších teoretických fyziků 20. století, není mnoho známek toho, že Rusko dnes vyvíjí významné kvantové technologie, řekl výzkumník RAND Edward Parker. Forbes.
Čínská práce v oblasti kvantové technologie je soustředěna ve velkých národních laboratořích. To by ji mohlo znevýhodnit při komercializaci kvantových senzorů ve srovnání s USA s řadou soukromých společností, řekl Parker.
"Skutečný pokrok v kvantovém snímání, kterého má být nyní dosaženo, není nutně laboratorní nebo akademická práce, ale jeho zpřístupnění," řekl Parker. "Není mi jasné, zda mají infrastrukturu soukromého sektoru na to, aby dělali takovouhle špinavou práci."
VÍCE Z 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- zmařit-čínu-v-kvantové-technologické válce/