唐蘇妍

（國防大學(xué)聯(lián)合勤務(wù)學(xué)院，北京100036）

從20世紀(jì)20年代量子力學(xué)理論發(fā)展成熟以來，推動(dòng)了半導(dǎo)體、激光、核聚變、材料等微觀領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展，極大地改變了人類的生產(chǎn)和生活方式，以及作戰(zhàn)模式和戰(zhàn)爭面貌，在科學(xué)界被稱為“第一次量子革命”。近20年來，隨著量子力學(xué)與信息技術(shù)的深度融合，人類正在拉開“第二次量子革命”的序幕。當(dāng)前，世界主要國家及全球產(chǎn)業(yè)界高度關(guān)注量子技術(shù)的研發(fā)，而量子技術(shù)的巨大優(yōu)勢也引發(fā)了世界各國軍事領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。

從國家和軍事戰(zhàn)略規(guī)劃層面看，早在2007年，美國國防高級研究計(jì)劃局DARPA就將量子科技作為核心技術(shù)基礎(chǔ)列入其戰(zhàn)略規(guī)劃［1］，并在2015年設(shè)定的戰(zhàn)略投資領(lǐng)域中將量子物理學(xué)列為三大前沿技術(shù)之一，尤其是DARPA啟動(dòng)的“微型曼哈頓計(jì)劃”，將研究量子芯片提升至與研制原子彈同等重要的高度［2，3］。美國國防部“2013—2017年科技發(fā)展五年計(jì)劃”將量子信息和量子調(diào)控列為美國軍方六大顛覆性基礎(chǔ)研究領(lǐng)域之一，認(rèn)為其未來將對美軍戰(zhàn)略需求和軍事行動(dòng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響［4］。

從技術(shù)研究方面看，2014年，美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室利用量子特性實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)與改進(jìn)，在低光和氣流紊亂的情況下，在2.33 km距離成像測試中獲得清晰圖像，為偵察探測領(lǐng)域提供了新的技術(shù)途徑。2017年8月，上海交通大學(xué)金賢敏教授團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)世界上第一個(gè)水下量子通信實(shí)驗(yàn)［5］，為建立水下以及空海一體的量子通信網(wǎng)絡(luò)邁出了重要一步。未來，水下量子通信技術(shù)的應(yīng)用將極大地改變海上作戰(zhàn)樣式。在量子計(jì)算技術(shù)研究方面，繼2017年11月，IBM公司宣布研制出50個(gè)量子位的量子計(jì)算機(jī)之后，2018年，Google、阿里巴巴等公司和研究機(jī)構(gòu)競相研制量子計(jì)算技術(shù)，通過刷新量子比特?cái)?shù)量，搶占該領(lǐng)域的技術(shù)話語權(quán)。

目前，量子技術(shù)的重點(diǎn)研究領(lǐng)域主要包括量子通信、量子計(jì)算、量子精密測量。其中，量子通信可實(shí)現(xiàn)無條件安全的通信手段；量子計(jì)算具備超快計(jì)算能力，可有效揭示復(fù)雜物理系統(tǒng)規(guī)律；量子精密測量使得測量精度可超越經(jīng)典測量手段的極限。在量子精密測量領(lǐng)域，量子雷達(dá)由于與作戰(zhàn)領(lǐng)域關(guān)系密切，因此多年來備受世界軍事強(qiáng)國的高度關(guān)注。

未來，量子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將打破以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的電子信息技術(shù)物理極限，顛覆現(xiàn)有電子信息技術(shù)體系，促進(jìn)戰(zhàn)爭形態(tài)演變，對現(xiàn)代戰(zhàn)爭產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。本文重點(diǎn)分析量子通信、量子計(jì)算、量子雷達(dá)技術(shù)對現(xiàn)代戰(zhàn)爭的影響，并從作戰(zhàn)理念、作戰(zhàn)樣式、武器裝備發(fā)展等方面給出思考與啟示。需要說明的是，量子技術(shù)是一個(gè)廣闊的領(lǐng)域，眾多問題有待解決，但分析其對戰(zhàn)爭將會(huì)產(chǎn)生的影響對認(rèn)識(shí)和設(shè)計(jì)未來戰(zhàn)爭非常必要。本文拋磚引玉，列出一些我們認(rèn)為可能存在的影響，期望能引起研究學(xué)者們的廣泛思考。

1 量子通信技術(shù)對現(xiàn)代戰(zhàn)爭的影響

量子通信技術(shù)，是利用量子態(tài)和糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型通信方式，是量子論和信息論相結(jié)合的新型研究領(lǐng)域，主要涉及量子密碼通信、量子隱形傳態(tài)、量子密集編碼等。作為量子通信技術(shù)中最具實(shí)用化前景的分支之一，基于量子密鑰分發(fā)（Quantum Key Distribution，QKD）的量子通信經(jīng)過30余年的研究和發(fā)展，在協(xié)議技術(shù)、系統(tǒng)器件和組網(wǎng)架構(gòu)等各方面初步成熟并進(jìn)入推廣試用階段，近年來呈現(xiàn)出加速發(fā)展的趨勢［6］?；诹孔拥牟豢煞指钚院蜏y不準(zhǔn)原理，量子密鑰分發(fā)技術(shù)可以確保在量子通道內(nèi)密鑰傳輸?shù)陌踩浴?/p>

1.1 實(shí)現(xiàn)安全通信，可確保軍事通信信息內(nèi)容安全

目前，作戰(zhàn)體系中應(yīng)用的通信技術(shù)主要包括有線通信和無線通信兩種。然而，有線和無線通信技術(shù)在通信信息安全方面存在漏洞，主要表現(xiàn)為通信信號容易被截獲和竊聽［7］。雖然加密技術(shù)可以在一定程度上阻止對方獲知具體通信內(nèi)容，但是經(jīng)典信息加密技術(shù)依然面臨困境。經(jīng)典信息加密技術(shù)包括兩大類，對稱密碼體系和非對稱密碼體系。對稱加密體系中的“一次一密”加密方式曾被香濃等人從理論上證明，在滿足密碼隨機(jī)產(chǎn)生、密碼不重復(fù)使用、密鑰密文長度一樣的條件下，可確保通信過程具備無條件安全性［8］，但其密鑰分發(fā)過程仍然存在被竊聽的隱患。而非對稱加密體系僅具有計(jì)算安全性，已在理論上證明，所有經(jīng)典非對稱密碼體系都能夠被量子Shor算法破解［9］，不存在無條件安全的非對稱密碼體系［10］。因此，無條件安全性，只有在對稱密碼體系“一次一密”加密方式下，結(jié)合安全的密鑰分發(fā)技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)。

量子密鑰分發(fā)技術(shù)能夠有效滿足軍事通信信息安全的需求。量子密鑰分發(fā)技術(shù)與對稱密碼體系中的“一次一密”加密方式相結(jié)合，可消除“一次一密”加密方式中密碼更換后傳輸過程的安全隱患，從而確保軍事通信過程的無條件安全［11，12］。首先，量子的不可分割性和不可克隆定理使得量子通信過程存在竊聽必然被發(fā)現(xiàn)，而發(fā)送方和接收方一旦發(fā)現(xiàn)通道內(nèi)存在竊聽，則可不使用該密鑰對信息內(nèi)容加密，直到雙方確保密鑰傳輸過程中無竊聽為止。量子密鑰分發(fā)可用于建立和傳輸軍事通信信息密碼本，即首先在量子通道中為通信雙方分配安全密鑰［13］，再用密鑰對明文進(jìn)行加密，將密文在軍事通信經(jīng)典信道中傳輸，以確保通信過程的無條件安全。

1.2 實(shí)現(xiàn)通信隱蔽，可確保軍事通信雙方安全

目前，應(yīng)用于作戰(zhàn)領(lǐng)域的現(xiàn)代通信技術(shù)通常無法確保通信雙方安全，即目標(biāo)很可能由于與外界通信而暴露自身位置。例如，針對無線通信技術(shù)，敵方可通過通信信號分析技術(shù)與輻射源定位系統(tǒng)相結(jié)合的方式，解算出上行通信信號的發(fā)送端位置信息。對于有線通信技術(shù)，可通過溯源等手段對通信雙方進(jìn)行定位。

相比之下，量子通信技術(shù)隱蔽性更強(qiáng)。量子通信采用單光子傳播原理，光輻射量非常少，竊聽者很難發(fā)現(xiàn)通信雙方的存在。通常情況下，連續(xù)或脈沖式光傳輸條件下，1微瓦中大約含有1015個(gè)光量子，因此經(jīng)典通道很容易被探測手段發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行無感接入實(shí)現(xiàn)竊聽。而量子通信采用單光子傳播原理，光輻射量極小，現(xiàn)有的探測手段很難探測到光纜中是否存在量子通信，從而在一定程度上確保了通信雙方安全。

量子通信隱蔽性強(qiáng)的優(yōu)勢，可助力提升水下綜合作戰(zhàn)能力。長期以來，水下武器裝備的通信手段大部分仍然采用低頻通信方式，存在發(fā)信臺(tái)站龐大、發(fā)信困難、通信效率極低、與岸基指揮所通信易暴露等弊端。量子通信則能夠較好地彌補(bǔ)這些缺陷。一是量子通信所需的信噪比，同等條件下比其他手段低30～40分貝左右，即使獲取的通信信號信噪比較低，量子通信也能夠從中獲取高質(zhì)量信號，因此從理論上講可以較好地應(yīng)用于深海和遠(yuǎn)洋通信，目前已有相關(guān)實(shí)驗(yàn)予以證實(shí)［14］。二是量子通信隱蔽性強(qiáng)，因此可確保水下武器裝備不會(huì)由于通信而暴露自身位置。三是量子密鑰分發(fā)的安全性可確保通信內(nèi)容安全，這對于戰(zhàn)略級水下武器裝備極為重要。從理論上講，水下武器裝備在制作好密鑰后，可以通過技術(shù)手段將光子傳輸至量子通信衛(wèi)星，再由衛(wèi)星作為中繼將信號傳輸至地面指揮所。未來，量子通信衛(wèi)星發(fā)射組網(wǎng)后，可與水下武器裝備進(jìn)行通信，而一旦水下通信問題得到解決，將極大地改變海上作戰(zhàn)樣式，“海狼群”將會(huì)成為現(xiàn)實(shí)，航母戰(zhàn)斗群或?qū)⒚媾R巨大威脅。

2 量子計(jì)算技術(shù)對現(xiàn)代戰(zhàn)爭的影響

量子計(jì)算以量子比特作為信息處理單元，并根據(jù)具體問題和算法要求，按照量子力學(xué)規(guī)律執(zhí)行計(jì)算任務(wù)（變換、演化編碼量子態(tài)），根據(jù)量子測量理論提取計(jì)算結(jié)果［15］。與經(jīng)典計(jì)算機(jī)的串行運(yùn)算模式相比，量子計(jì)算機(jī)由于信息處理單元是量子比特，因此可實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算操作，從而解決諸多大規(guī)模計(jì)算難題，包括密碼分析、氣象預(yù)報(bào)、藥物設(shè)計(jì)、金融分析、石油勘探等領(lǐng)域。在作戰(zhàn)領(lǐng)域中，計(jì)算已經(jīng)發(fā)展成為影響作戰(zhàn)效能的基礎(chǔ)領(lǐng)域，而量子計(jì)算強(qiáng)大的并行計(jì)算優(yōu)勢一旦應(yīng)用到作戰(zhàn)中，將全面提升信息化作戰(zhàn)能力，為體系作戰(zhàn)效能和作戰(zhàn)進(jìn)程帶來顛覆性影響。

2.1 提高網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)能力

當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)空間作為陸、海、空、天之外的第五維空間，已成為未來戰(zhàn)爭的重要作戰(zhàn)領(lǐng)域，其軍事力量建設(shè)也日益成為世界各國關(guān)注與發(fā)展的重點(diǎn)［16］。網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)的基本樣式包括網(wǎng)絡(luò)情報(bào)作戰(zhàn)、網(wǎng)絡(luò)阻癱作戰(zhàn)、網(wǎng)絡(luò)防御作戰(zhàn)和網(wǎng)絡(luò)心理作戰(zhàn)［17］。其中，在實(shí)施網(wǎng)絡(luò)情報(bào)作戰(zhàn)和網(wǎng)絡(luò)阻癱作戰(zhàn)的過程中，通常需要破譯復(fù)雜密碼才能獲取重要情報(bào)或?qū)嵤┫乱徊阶鲬?zhàn)行動(dòng)。因此，密碼破譯能力是影響網(wǎng)絡(luò)情報(bào)作戰(zhàn)和網(wǎng)絡(luò)阻癱作戰(zhàn)效能發(fā)揮的關(guān)鍵。多年來，網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)通常由于密碼破譯技術(shù)受限，從而在作戰(zhàn)效率和作戰(zhàn)效果上面臨較大瓶頸。

從理論上講，密碼破譯通常是求解一個(gè)數(shù)學(xué)難題，尤其對于非對稱密碼體系，原則上可破，但以現(xiàn)有的計(jì)算能力，花費(fèi)的時(shí)間遠(yuǎn)大于信息有效時(shí)間，并且破解密文的成本遠(yuǎn)高于信息價(jià)值。因此，密碼系統(tǒng)在開發(fā)過程中要充分考慮破解計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的速度和水平，并隨著計(jì)算能力的發(fā)展做出調(diào)整和改進(jìn)，以確保計(jì)算安全性繼續(xù)成立。

與經(jīng)典計(jì)算技術(shù)相比，量子計(jì)算技術(shù)的并行計(jì)算優(yōu)勢將大幅提升密碼破譯能力。未來，量子計(jì)算將對密碼系統(tǒng)尤其是以數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)的加密算法帶來最直接的威脅。當(dāng)前，世界各國網(wǎng)絡(luò)、銀行以及電子商務(wù)等領(lǐng)域中普遍采用的RSA、DSA等非對稱加密算法，其數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)是大數(shù)分解。利用萬億次經(jīng)典計(jì)算機(jī)分解300位大數(shù)，需要15萬年，而利用萬億次量子計(jì)算機(jī)只需1秒［18］。2016年4月發(fā)布的美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院內(nèi)部報(bào)告，分析和預(yù)測了量子計(jì)算能力對當(dāng)前世界各國主流加密算法產(chǎn)生的影響。其中，AES等對稱加密算法需增大密鑰長度，而RSA、DSA等非對稱加密算法將全面喪失安全性［19］。未來，在網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)領(lǐng)域，量子計(jì)算技術(shù)將能夠極大地提高密碼破譯能力，從而破除網(wǎng)絡(luò)情報(bào)作戰(zhàn)和網(wǎng)絡(luò)阻癱作戰(zhàn)的密碼技術(shù)瓶頸，提高網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)能力。同時(shí)，源源不斷的戰(zhàn)場情報(bào)將會(huì)極大地改變作戰(zhàn)進(jìn)程。

此外，部分國家采取“現(xiàn)在竊聽，未來解密”的方式，先將無法破譯密碼的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，等待未來專用的量子計(jì)算機(jī)研制成功后再進(jìn)行解密。例如，美國國家安全局在猶他州建立了一個(gè)數(shù)據(jù)中心，專門用來存儲(chǔ)作戰(zhàn)對手大量的外交、軍事、政治等方面的機(jī)密數(shù)據(jù)，以待未來量子計(jì)算機(jī)研制成功后破解。其目的是通過推演對手過去的作業(yè)方式，從而推測出其如今可能的作業(yè)方式。

2.2 提高作戰(zhàn)規(guī)劃能力

現(xiàn)代戰(zhàn)爭越來越注重“精算、細(xì)算”。從軍事運(yùn)籌學(xué)的角度看，“精算、細(xì)算”指的是一種作戰(zhàn)規(guī)劃能力，包括任務(wù)規(guī)劃、資源規(guī)劃、兵力規(guī)劃、部署規(guī)劃等。作戰(zhàn)規(guī)劃的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)通常是作戰(zhàn)規(guī)劃的效率和效果。當(dāng)前，隨著作戰(zhàn)體系規(guī)模的不斷升級，以及作戰(zhàn)指揮員“精算、細(xì)算、深算”意識(shí)的不斷深化，越來越多的實(shí)踐表明，只有在先進(jìn)的理論基礎(chǔ)上，構(gòu)建合理的模型體系、運(yùn)用科學(xué)的算法，再輔以高效的計(jì)算，才能解決作戰(zhàn)過程中復(fù)雜的規(guī)劃問題。

作戰(zhàn)規(guī)劃問題的本質(zhì)是根據(jù)任務(wù)目標(biāo)，依據(jù)給定的資源和約束條件，運(yùn)用科學(xué)規(guī)劃的方法產(chǎn)生一系列的作戰(zhàn)行動(dòng)序列［20］，其核心要素是模型、算法和計(jì)算能力。當(dāng)前，作戰(zhàn)規(guī)劃面臨的問題，一是戰(zhàn)爭規(guī)模增大、范圍擴(kuò)大、裝備復(fù)雜、行動(dòng)變快增加了作戰(zhàn)規(guī)劃模型的復(fù)雜度，從而對算法和計(jì)算能力提出了新的需求；二是面對作戰(zhàn)過程中的不確定性，作戰(zhàn)規(guī)劃需要站在全局的視角下，通過聯(lián)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正。例如，在遂行武器目標(biāo)分配的過程中，新增加目標(biāo)或者武器被擊毀無法發(fā)揮作用時(shí)，都需要推翻正在規(guī)劃的分配方案，重新進(jìn)行計(jì)算和部署。當(dāng)武器和目標(biāo)數(shù)量較大時(shí)，算法和計(jì)算能力將成為作戰(zhàn)規(guī)劃的關(guān)鍵制約因素。

當(dāng)前，量子計(jì)算技術(shù)的主要研究領(lǐng)域包括量子算法、量子計(jì)算模型以及量子計(jì)算物理實(shí)現(xiàn)。在量子算法領(lǐng)域，典型的量子算法包括Shor因子分解算法、Grover量子搜索算法、量子進(jìn)化算法（Quantum Evolutionary Algorithm，QEA）等。與經(jīng)典搜索算法相比，Grover量子搜索算法具有更加高效的搜索效率。與傳統(tǒng)進(jìn)化算法相比，量子進(jìn)化算法具有種群規(guī)模小且不影響算法性能、全局搜索能力強(qiáng)、收斂速度快且易于與其他算法融合等優(yōu)點(diǎn)，能夠在較短時(shí)間內(nèi)收斂于全局最優(yōu)解［21］，目前已廣泛應(yīng)用于各類規(guī)劃問題［22，23］。同時(shí)，量子計(jì)算物理實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域的研究將使量子計(jì)算技術(shù)更快地走向?qū)嵱谩Ａ孔佑?jì)算技術(shù)一旦應(yīng)用于戰(zhàn)爭指揮決策領(lǐng)域，將提高大規(guī)模任務(wù)規(guī)劃、資源規(guī)劃等復(fù)雜問題的規(guī)劃效率和規(guī)劃效果，使得作戰(zhàn)規(guī)劃系統(tǒng)在充滿不確定性的戰(zhàn)場環(huán)境中具備快速反應(yīng)能力，從而對作戰(zhàn)進(jìn)程和體系整體作戰(zhàn)效能帶來深遠(yuǎn)影響。

3 量子雷達(dá)技術(shù)對現(xiàn)代戰(zhàn)爭的影響

當(dāng)前，隨著綜合電子技術(shù)的發(fā)展，隱身技術(shù)、電子干擾、反輻射導(dǎo)彈對基于電磁波理論的傳統(tǒng)雷達(dá)帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。而量子雷達(dá)基于量子力學(xué)基本原理，利用了更先進(jìn)的量子理論進(jìn)行系統(tǒng)分析，對雷達(dá)中諸如接收機(jī)噪聲等概念和物理現(xiàn)象進(jìn)行了全新的、更準(zhǔn)確的理解［24］，其主要依靠收發(fā)量子信號并采用單光子檢測或量子糾纏態(tài)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測，不僅具有更高的探測精度和靈敏度，同時(shí)具有更強(qiáng)的抗干擾和抗欺騙能力。量子雷達(dá)的工作機(jī)理和流程與經(jīng)典雷達(dá)相似，雖然并沒有從本質(zhì)上顛覆傳統(tǒng)雷達(dá)的技術(shù)框架，但卻將量子信息技術(shù)引入傳統(tǒng)雷達(dá)領(lǐng)域，解決了傳統(tǒng)雷達(dá)在探測成像精度等方面的技術(shù)瓶頸，從而提升了雷達(dá)綜合性能，是一種新概念雷達(dá)［25］。

3.1 探測隱身目標(biāo)

當(dāng)前，戰(zhàn)斗機(jī)實(shí)現(xiàn)隱身的途徑主要包括兩大類，一是改變氣動(dòng)外形減小RCS，或在機(jī)身上涂抹吸波材料，使得雷達(dá)接收回波減少從而探測不到目標(biāo)。二是通過發(fā)送虛假信號對雷達(dá)進(jìn)行欺騙，使雷達(dá)誤判從而實(shí)現(xiàn)隱身。在探測隱身目標(biāo)時(shí)，傳統(tǒng)雷達(dá)通常由于接收回波減少或被欺騙，使得探測距離被大幅壓縮。

與接收電磁波的傳統(tǒng)雷達(dá)相比，量子雷達(dá)接收系統(tǒng)產(chǎn)生、調(diào)制、接收、檢測的對象是單個(gè)量子，因此量子雷達(dá)接收機(jī)具有極高的靈敏度，其噪聲基底比傳統(tǒng)雷達(dá)低若干個(gè)數(shù)量級，探測距離遠(yuǎn)、精度高，可在高背景噪聲中識(shí)別出遠(yuǎn)距離微小信號［26］。此外，當(dāng)戰(zhàn)斗機(jī)通過更改雷達(dá)信號特征對雷達(dá)進(jìn)行欺騙時(shí)，量子雷達(dá)可以識(shí)別出欺騙行為。例如，羅徹斯特光學(xué)研究所梅胡爾.馬利克（Mehul Malik）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，更改量子雷達(dá)信號特征將破壞量子態(tài)，使得雷達(dá)接收信號的偏振態(tài)誤碼率高于25%，由此量子雷達(dá)可識(shí)別出欺騙行為，從而繼續(xù)對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤［27］。

3.2 發(fā)揮制導(dǎo)武器作戰(zhàn)潛能

長期以來，對于中段采取指令制導(dǎo)或包含指令制導(dǎo)在內(nèi)的復(fù)合制導(dǎo)模式的防空導(dǎo)彈來說，其飛行距離、打擊精度以及作戰(zhàn)潛能在很大程度上受到制導(dǎo)雷達(dá)的性能限制，尤其是低空突防目標(biāo)及隱身目標(biāo)更是如此。而與傳統(tǒng)制導(dǎo)雷達(dá)相比，由于量子雷達(dá)探測靈敏度和精度極大提高，因此在目標(biāo)進(jìn)入防空導(dǎo)彈殺傷區(qū)時(shí)或進(jìn)入殺傷區(qū)之前，防空導(dǎo)彈就可以發(fā)射，從而使得防空導(dǎo)彈的有效交戰(zhàn)范圍（E3 Range）得到拓展。這不僅意味著防空導(dǎo)彈的作戰(zhàn)潛能得到充分發(fā)揮，同時(shí)意味著如果第一枚防空導(dǎo)彈攔截目標(biāo)失敗，還有發(fā)射第二枚防空導(dǎo)彈的反應(yīng)時(shí)間［28］。此外，由于量子雷達(dá)的制導(dǎo)精度提高，防空導(dǎo)彈的命中率也將得到大幅提升。

3.3 提高雷達(dá)生存能力

當(dāng)前，電子偵察和電子干擾設(shè)備對傳統(tǒng)雷達(dá)的威脅日趨顯著。由于傳統(tǒng)雷達(dá)接收電磁波，因此信號較容易被電子偵察設(shè)備捕捉，從而為后續(xù)實(shí)施電子干擾和反輻射打擊奠定基礎(chǔ)。相比之下，量子雷達(dá)發(fā)射和接收系統(tǒng)的處理對象是單光子，不發(fā)送較強(qiáng)的電磁波或強(qiáng)光波，使其不易被敵方電子偵察設(shè)備發(fā)現(xiàn)，同時(shí)傳統(tǒng)的電子干擾手段也很難通過吸收、復(fù)制等方式干擾量子雷達(dá)［27，29］，從而提高雷達(dá)生存能力。

4 量子技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，量子技術(shù)已成為世界各國競相投入的重要領(lǐng)域，部分國家將量子技術(shù)作為獲取未來戰(zhàn)爭主動(dòng)權(quán)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。近幾年來，世界主要國家及軍隊(duì)紛紛出臺(tái)量子技術(shù)相關(guān)的頂層戰(zhàn)略［30-33］。2018年6月，美國眾議院科學(xué)委員會(huì)正式通過《國家量子倡議法案》，標(biāo)志著未來10年，美國聯(lián)邦政府將全力推動(dòng)量子科學(xué)發(fā)展［34］。與此同時(shí)，世界頂尖的高科技公司和著名研究機(jī)構(gòu)紛紛投入巨資研發(fā)量子技術(shù)，國際競爭異常激烈［35］。

4.1 量子通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

量子通信作為面向未來的全新通信技術(shù)，在安全性方面具有顯著優(yōu)勢，已經(jīng)引起世界各國的高度重視［36-38］。

在光纖量子通信方面，我國已建成合肥、蕪湖、濟(jì)南等城域量子通信示范網(wǎng)絡(luò)。2017年9月底，國家量子安全通信骨干網(wǎng)“京滬干線”正式開通，并當(dāng)天就在北京節(jié)點(diǎn)與“墨子號”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星建立連接，實(shí)現(xiàn)北京到維也納之間7600 km的洲際量子保密視頻通話，這是世界上第一個(gè)天地一體化的量子廣域通信網(wǎng)絡(luò)的雛形，有望使我國金融、政務(wù)信息率先邁入絕對安全的量子保密傳輸時(shí)代。2014年，美國NASA規(guī)劃量子保密通信干線，鋪設(shè)從洛杉磯噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）到Sunnyvale NASA Ames研究中心的光纖線路，美國知名研究機(jī)構(gòu)Battelle公布了環(huán)美量子通信骨干網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目，計(jì)劃采用瑞士IDQ公司設(shè)備，基于分段量子密鑰分發(fā)結(jié)合安全可信節(jié)點(diǎn)密碼中繼的組網(wǎng)方式，為谷歌、微軟、亞馬遜等互聯(lián)網(wǎng)巨頭的數(shù)據(jù)中心提供具備量子安全性的通信保障服務(wù)。歐洲多個(gè)國家和地區(qū)相繼建成了瑞士量子、維也納SECOQC等量子通信實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)［39］，演示和驗(yàn)證了城域組網(wǎng)、量子電話、基礎(chǔ)設(shè)備保密通信等應(yīng)用。英國、意大利等國建立城市間及貫穿全境的量子通信實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)。2016年9月，俄羅斯先期研究基金會(huì)量子光學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室利用量子技術(shù)研發(fā)了非保護(hù)通道的安全密鑰部署設(shè)備，并在俄羅斯電信公司光纖通信線路上成功進(jìn)行試驗(yàn)。2010年，日本通過洲際合作建成了多節(jié)點(diǎn)城域量子通信網(wǎng)絡(luò)［40］。

在量子衛(wèi)星建設(shè)方面，我國于2016年8月發(fā)射世界首顆量子通信實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”，并于2017年1月正式交付使用。2015年7月，歐洲航天局（ESA）與歐洲通信衛(wèi)星公司簽署價(jià)值1.8億歐元的歐洲量子衛(wèi)星建造合同。2019年1月，Eutelsat Quantum衛(wèi)星平臺(tái)完成建造，已運(yùn)至空客防務(wù)與航天公司位于法國的衛(wèi)星工廠進(jìn)行集成，并計(jì)劃在2019年底搭乘“阿里安”-5火箭發(fā)射；第2顆衛(wèi)星計(jì)劃于2020—2021年發(fā)射，主要覆蓋亞洲地區(qū)。Eutelsat Quantum衛(wèi)星通過軟件驅(qū)動(dòng)，可靈活更新衛(wèi)星工作頻率、帶寬、信號強(qiáng)度、覆蓋范圍等性能參數(shù)［41］。2019年4月9日，歐洲航天局（ESA）和歐盟委員會(huì)共同簽署一項(xiàng)協(xié)議，標(biāo)志著歐洲為建立“量子互聯(lián)網(wǎng)”邁出了第一步。目前，雙方正在計(jì)劃建立歐洲量子通信基礎(chǔ)設(shè)施（QCI）。根據(jù)新簽署的技術(shù)協(xié)議，QCI的地面部分由DG Connect負(fù)責(zé)，它包含一系列的量子通信網(wǎng)絡(luò)，連接了歐洲的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施、敏感通信和數(shù)據(jù)站點(diǎn)。天基組件，即SAGA（安全和密碼算法任務(wù)）由ESA負(fù)責(zé)，包含了一個(gè)覆蓋整個(gè)歐洲的量子衛(wèi)星通信系統(tǒng)［42］。

目前，量子通信技術(shù)在增加安全通信距離、提高安全成碼率和提高現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)安全性等方面還面臨重大挑戰(zhàn)。雖然從理論上，量子通信的安全性已得到概念性證明和基于物理模型的嚴(yán)格數(shù)學(xué)證明，但實(shí)際的量子通信系統(tǒng)由于不能完全滿足物理模型中的假設(shè)條件從而存在被竊聽和攻擊的缺陷。量子通信技術(shù)未來一段時(shí)間的研究重點(diǎn)主要集中在如何突破速率、傳輸距離、抗干擾性能方面的局限，以及解決光子損耗及量子退相干等問題。

4.2 量子計(jì)算技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

量子計(jì)算是當(dāng)前的熱門科學(xué)前沿技術(shù)，代表了量子技術(shù)的主流方向之一，尤其是在后摩爾時(shí)代的大背景下，各國政府高度重視量子計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，并提前布局，意圖搶占先機(jī)。Google、微軟、英特爾、東芝以及IBM等公司也投入巨資開發(fā)量子計(jì)算技術(shù)潛力，國際競爭異常激烈。近年來，IBM、Google、阿里巴巴等高科技公司不斷刷新量子比特?cái)?shù)量，意圖爭奪量子霸權(quán)。

近年來，我國在量子計(jì)算研究方面不斷取得突破。2017年5月，中國科學(xué)院宣布在基于光和超導(dǎo)體系的量子計(jì)算機(jī)研究方面取得重大突破，建造了世界上第一臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)原型機(jī)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了10個(gè)超導(dǎo)量子比特處理器，打破Google公司保持的9個(gè)超導(dǎo)量子比特記錄。2018年2月，阿里云聯(lián)合中科院宣布11個(gè)量子比特計(jì)算云平臺(tái)上線；2018年7月，潘建偉教授團(tuán)隊(duì)全球首次實(shí)現(xiàn)18個(gè)光量子比特糾纏。

此外，世界主要國家紛紛從國家戰(zhàn)略層面重視和規(guī)劃量子計(jì)算技術(shù)的研發(fā)。2016年，我國在“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃2030重大項(xiàng)目中部署了量子計(jì)算項(xiàng)目。美國已經(jīng)在量子計(jì)算領(lǐng)域完成戰(zhàn)略布局，在理論研究方面推進(jìn)量子信息科學(xué)的學(xué)科建設(shè)，在應(yīng)用技術(shù)層面以研發(fā)高性能計(jì)算系統(tǒng)為牽引，重點(diǎn)突出量子計(jì)算硬件設(shè)備發(fā)展，目前正處在加速推進(jìn)落實(shí)的過程中。2015年，美國正式啟動(dòng)戰(zhàn)略計(jì)算倡議（NSCI），該倡議的領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)為美國國防部、美國能源部，組織執(zhí)行機(jī)構(gòu)是情報(bào)高級研究計(jì)劃局（IARPA）和美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）。其計(jì)劃管理力度之大，在美國其他的國家級科研項(xiàng)目中非常罕見，而NSCI的中長期戰(zhàn)略布局聚焦量子計(jì)算。2018年，美國軍方將量子計(jì)算視為可能改變信息戰(zhàn)和太空戰(zhàn)的關(guān)鍵技術(shù)，并已將量子計(jì)算機(jī)和相關(guān)應(yīng)用列入五角大樓必須進(jìn)行的研發(fā)投資選項(xiàng)［43］。

目前，量子計(jì)算機(jī)研究的瓶頸問題主要集中在硬件實(shí)現(xiàn)方面，例如需要提高量子系統(tǒng)中相干操縱的能力，實(shí)現(xiàn)更多量子比特的糾纏，研制新的量子算法，增強(qiáng)現(xiàn)有量子算法的實(shí)用性和擴(kuò)展性等問題。從理論上看，量子計(jì)算是一個(gè)廣闊的研究領(lǐng)域，眾多問題有待解決，諸如量子軟件、量子復(fù)雜性、量子電路等相關(guān)問題極有可能在五至十年內(nèi)取得重要進(jìn)展，關(guān)于量子計(jì)算能力的問題則需要進(jìn)行更長時(shí)間的探索研究［44］。

4.3 量子雷達(dá)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，美國、加拿大、澳大利亞等國正在積極開展量子雷達(dá)研究［45］。從2008年開始，DARPA先后提出了開展量子雷達(dá)技術(shù)研究的“量子傳感器項(xiàng)目（Quantum Sensor Program，QSP）”等多項(xiàng)研究計(jì)劃［46］，美國麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室［47，48］、NASA、美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室［49］、陸軍研究實(shí)驗(yàn)室［50］、哈佛大學(xué)［51，52］、馬里蘭州立大學(xué)、羅徹斯特大學(xué)［53，54］、洛克希德·馬丁公司［55］等 12家機(jī)構(gòu)都相繼開展了量子雷達(dá)的研究工作。其中，高校、軍隊(duì)和公司所占比例為7∶3∶2，高校研究居多，說明目前量子雷達(dá)處于理論研究階段，尚未走出實(shí)驗(yàn)室。軍隊(duì)和公司參與研究，則說明量子雷達(dá)必將走向?qū)嵱茫揖嚯x實(shí)用化不會(huì)太遙遠(yuǎn)。2016年，我國電科院14所成功研制單光子檢測量子雷達(dá)系統(tǒng)，先后完成了量子探測機(jī)理、目標(biāo)散射特性以及量子探測原理的試驗(yàn)驗(yàn)證，在真實(shí)大氣環(huán)境下可實(shí)現(xiàn)百公里級的探測能力（已達(dá)到160 km），探測靈敏度也得到極大提升［56］。

目前，量子雷達(dá)技術(shù)在工程化方面仍存在諸多難題，如量子態(tài)的糾纏特性、相干性以及攜帶量子態(tài)信息載體的能量微弱性，都進(jìn)一步增加了量子信息傳輸和處理的難度。此外，量子雷達(dá)性能在很大程度上受限于相關(guān)電子器件的性能。總體來看，目前量子雷達(dá)技術(shù)仍處于研究和探索階段，但從國內(nèi)外的投入和關(guān)注程度來看，其實(shí)用化進(jìn)程將會(huì)持續(xù)加速。

5 思考與啟示

半個(gè)多世紀(jì)以來，以電子技術(shù)為主導(dǎo)的信息技術(shù)，不僅改變了人類的生產(chǎn)和生活方式，同時(shí)改變了作戰(zhàn)方式和戰(zhàn)爭面貌。未來，量子通信、量子計(jì)算、量子雷達(dá)等技術(shù)物化為裝備并應(yīng)用于軍事領(lǐng)域后，將促進(jìn)戰(zhàn)爭形態(tài)的改變和戰(zhàn)爭理論的革新。

一是量子通信技術(shù)將顛覆技術(shù)偵察力量結(jié)構(gòu)和海上作戰(zhàn)樣式。長期以來，技術(shù)偵察力量作為情報(bào)作戰(zhàn)的中堅(jiān)力量，為世界各國作戰(zhàn)情報(bào)的獲取提供了技術(shù)支撐。未來，安全隱蔽的量子通信技術(shù)逐漸走向?qū)嵱煤螅夹g(shù)偵察力量將很難識(shí)別量子通信信道并從中獲取量子通信信號，傳統(tǒng)的信號偵察和分析手段將無法獲取情報(bào)數(shù)據(jù)，使得現(xiàn)有技術(shù)偵察力量結(jié)構(gòu)或?qū)⒚媾R巨大調(diào)整。此外，量子通信技術(shù)通過解決水下武器裝備通信瓶頸問題，提升水下綜合作戰(zhàn)能力，從而極大地改變海上作戰(zhàn)樣式。二是量子計(jì)算技術(shù)或推動(dòng)戰(zhàn)爭進(jìn)入全面算法戰(zhàn)爭時(shí)代。隨著高超聲速武器的發(fā)展，人類將進(jìn)入“讀秒戰(zhàn)爭”時(shí)代，作戰(zhàn)指揮員的思維速度將無法滿足作戰(zhàn)實(shí)時(shí)性需求。當(dāng)量子計(jì)算技術(shù)走向?qū)嵱煤?，面對爆炸式增長的態(tài)勢感知數(shù)據(jù)，作戰(zhàn)指揮員或?qū)⒆鲬?zhàn)經(jīng)驗(yàn)、作戰(zhàn)籌劃思路、作戰(zhàn)約束條件等以算法和程序的方式預(yù)先編入量子計(jì)算機(jī)中，依賴算法和量子并行計(jì)算能力輔助指揮員快速?zèng)Q策，從而推動(dòng)戰(zhàn)爭進(jìn)入全面算法戰(zhàn)爭時(shí)代。三是量子雷達(dá)技術(shù)將顛覆隱身技術(shù)和電子戰(zhàn)模式。上世紀(jì)70年代以來，戰(zhàn)斗機(jī)隱身技術(shù)先后經(jīng)歷了探索、發(fā)展、應(yīng)用三個(gè)階段，由于隱身戰(zhàn)斗機(jī)在多次軍事行動(dòng)中取得顯著戰(zhàn)果，因此幾十年來，世界軍事強(qiáng)國紛紛投入巨資發(fā)展戰(zhàn)斗機(jī)隱身技術(shù)。此外，電子戰(zhàn)作戰(zhàn)模式在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中已被廣泛使用。然而，量子雷達(dá)一旦走向?qū)嵱?，將使各種戰(zhàn)斗機(jī)隱身途徑失效，與此同時(shí)，針對各類雷達(dá)開發(fā)的電子戰(zhàn)模式同樣面臨挑戰(zhàn)。未來，隱身技術(shù)和電子戰(zhàn)模式在量子雷達(dá)面前將何去何從，同樣是作戰(zhàn)領(lǐng)域值得研究的課題。

作為顛覆未來戰(zhàn)爭形態(tài)的關(guān)鍵技術(shù)之一，量子技術(shù)將首先被物化為先進(jìn)的科技裝備，隨后催生出新型的作戰(zhàn)理念和顛覆性的作戰(zhàn)樣式，而后再推動(dòng)更加新型的顛覆性技術(shù)出現(xiàn)。隨著量子技術(shù)的發(fā)展和成熟，軍事領(lǐng)域需要用全新的視角謀劃未來戰(zhàn)爭的作戰(zhàn)理論、作戰(zhàn)樣式，制定先進(jìn)的武器裝備發(fā)展戰(zhàn)略，進(jìn)一步突破傳統(tǒng)作戰(zhàn)理念的局限，為形成顛覆性作戰(zhàn)能力奠定理論和現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。