Такі компанії, як Vector Atomic і Infleqtion, допомагають військовим використовувати квантові технології для розробки підземного зондування, безпечного зв’язку та альтернатив GPS.
By Джеремі Богайський
Ifповітряна куля-шпигун плаває високо над США є прикладом технічної війни 19 століття, подумайте про квант як про найближче майбутнє.
Пентагон роками шукав нові способи використання квантової фізики для ведення війни, будь то розробка потужніших комп’ютерів, підтримка GPS, посилення безпеки комунікацій або створення засобів спостереження, які могли б краще виявляти затоплені підводні човни та підземні бункери. Це терміново: Китай також інвестує значні кошти в розвиток цих можливостей.
Візьмемо, наприклад, GPS. У разі збройного конфлікту між США та Китаєм однією з перших цілей обох сторін буде глобальна система позиціонування іншої країни. Уявіть хаос на землі та плутанину в небі без цього.
Дослідники розробляють квантово вдосконалені навігаційні системи, які дозволять кораблям і літакам залишатися на курсі в разі збою GPS, а також точніше направляти ракети на ціль. Частково це передбачає створення більш точних атомних годинників, оскільки GPS є системою хронометражу, яка обчислює різницю в часі між супутниками та приймачами на землі. Технологія буде готова протягом п'яти років, сказав Майкл Гайдук, заступник директора дослідницької лабораторії ВПС.
«Це змінить світ досить дивовижним чином, і вам не доведеться довго чекати», — сказав Вільям Кларк, фізик і віце-президент Infleqtion, стартапу, який є одним із лідерів у цій галузі. Forbes.
ГОТОВО ЧИ НІ
Оцінка Міністерством оборони готовності та очікуваного військового впливу ряду квантових технологій.
У своїй технологічній гонці з Китаєм Пентагон збільшив витрати на дослідження та розробки в багатьох сферах, включаючи квантові науки. У 918 фінансовому році урядові установи мали витратити 2022 мільйонів доларів США на квантові дослідження та розробки проти 449 мільйонів доларів у 2019 році, серед головних спонсорів – Науково-дослідна лабораторія ВПС, Агентство передових оборонних дослідницьких проектів та Управління військово-морських досліджень. Їхні внески були доповнені зростаючими обсягами венчурного капіталу. За даними Pitchbook, у 870 році квантові стартапи в США залучили 2022 мільйонів доларів США, що майже вдвічі більше, ніж у 2020 році.
Основна увага приділяється розробці квантових комп’ютерів. У той час як класичні обчислення базуються на «бітах», які дорівнюють одиниці або нулю, квантові обчислення використовують субатомні частинки як «кубіти». Завдяки квантовому явищу суперпозиції, кубіти можуть бути одиницею і нулем одночасно або пропорціями між ними, що може дозволити використовувати їх для швидкого вирішення складних проблем, які поза межами досяжності сучасних машин.
Можливо, до створення корисних квантових комп’ютерів залишиться десятиліття чи більше, але деякі з основних досліджень керування окремими атомами та фотонами знаходяться на порозі використання для створення точніших датчиків, у тому числі датчиків, які відстежують рух, таких як акселерометри та гіроскопи. а також пристрої, що виявляють невеликі зміни сили тяжіння та магнітних полів.
КВАНТОВИЙ СТРИБОК
Військові розглядають ряд застосувань для квантових технологій.
Звіти за 2017 рік Прорив Китаю в квантовій магнітометрії викликав припущення, що він зможе розгорнути повітряну мережу пристроїв для виявлення підводних підводних човнів на відстані миль. Багато експертів налаштовані скептично, але в довгостроковій перспективі очікується, що квантові гравіметри та магнітометри зможуть точніше картографувати підземні об’єкти, такі як поклади нафти та мінералів, грунтові води, бункери та тунелі.
Криптографія
Загроза прориву Китаю в квантових обчисленнях вже впливає на кібербезпеку. Інсайдери з питань національної безпеки кажуть, що Китай та інші ворожі країни збір зашифрованих повідомлень та інші конфіденційні дані зі США та зберігати їх до того дня, коли квантові комп’ютери стануть достатньо потужними, щоб зламати їхнє шифрування.
Минулого року адміністрація Байдена та Конгрес вжили заходів, щоб підштовхнути урядові установи до переходу на нові «постквантові» криптографічні методи, які, як вважають, є неприступними для квантових комп’ютерів.
Китай використовує інший і дорожчий підхід до загрози квантового злому коду. Країна розробила мережі з тисяч миль волоконно-оптичних кабелів, що з’єднують великі міста, які поширюють випадкові квантові ключі через фотони для захисту зв’язку. Зважаючи на природу квантової механіки, вважається, що будь-яка спроба підслухати таку мережу змінить фотони, попередивши користувачів. Китай також є першою країною, яка продемонструвала квантовий розподіл ключів через супутник.
Завдяки цим зусиллям Китай випередив США у квантових комунікаціях дослідження RAND укладений минулого року. Дослідники RAND пишуть, що США лідирують у квантових обчисленнях, хоча незрозуміло, чи має будь-яка з них перевагу в зондуванні.
Час і навігація
Сучасне покоління супутникових GPS може оцінювати розташування лише з точністю до трьох метрів. Квантова фізика дозволила б отримати більшу точність.
У лабораторіях вчені розробили більш точні атомні годинники розміром з кімнату на основі оптичних лазерів, які втратили б секунду через мільярди років. Vector Atomic є однією з небагатьох компаній, які працюють над розробкою менших, міцніших годинників для повсякденного використання, обмінюючи передову продуктивність лабораторних проривів на надійність і практичність.
Минулого літа під час багатонаціональних військово-морських навчань Rim of the Pacific (RIMPAC) каліфорнійський стартап заявив, що продемонстрував корабельні оптичні годинники у відносно компактному 40-літровому корпусі, які відхилялися від точності на 10 трильйонних часток секунди приблизно через годину. Сучасні супутникові GPS-годинники збиваються на стільки через 20 секунд.
Таке вдосконалення може мати багато переваг. GPS залишатиметься точним, якщо рідше оновлювати супутниковий годинник із землі. У поєднанні з супутниками на низькій навколоземній орбіті, які наблизили б сигнали GPS, точніший час підвищив би точність з точністю до сантиметрів. Це означало б, наприклад, що GPS міг би утримувати безпілотні транспортні засоби на смугах руху.
Кращий час також дозволить ефективніше використовувати стільникові та інші бездротові мережі, залучаючи більше користувачів до спектра, який зараз вважається дуже перевантаженим.
Портативні атомні годинники можуть бути встановлені на літаки або наземні транспортні засоби. Це дозволило б американським військам побудувати тимчасові локальні мережі GPS навколо полів битв із сигналами зв’язку, які були б занадто сильними, щоб їх порушити, у той час як США глушили ворожі космічні навігаційні системи, сказав генеральний директор Vector Atomic Джаміль Або-Шаїр, який керував квантовими програмами в DARPA. з 2010 по 2014 рік.
Компанія, яка не брала жодного венчурного фінансування, нагромадивши державні дослідницькі контракти на понад 50 мільйонів доларів, працює над проектами з ВМС і DARPA, щоб скоротити годинник, щоб вони були меншими за ручну поклажу.
Також на RIMPAC компанія Vector Atomic продемонструвала компактний квантовий гравіметр у поєднанні зі стандартною інерціальною навігаційною системою, яка обіцяє дозволити морським кораблям здійснювати навігацію без GPS. Пристрій вимірює незначні зміни місцевої сили тяжіння через коливання підводного рельєфу. Порівнюючи вимірювання з гравітаційною картою, пристрій зміг скоригувати дрейф в інерціальній навігаційній системі корабля, щоб точно зафіксувати місцезнаходження судна протягом трьох тижнів використання, сказав Або-Шаїр.
Компанія вважає, що через два-три роки вона зможе почати комерціалізацію енергоефективної версії, достатньо маленької, щоб поміститися в багажник автомобіля.
Кілька інших компаній працюють над квантовими інерціальними датчиками, у тому числі австралійська Q-CTRL, яка планує в середині 2023 року польову демонстрацію квантової навігаційної системи разом із партнером Advanced Navigation. Infleqtion, що базується в Колорадо, є частиною британського проекту з розробки системи квантового позиціонування для окремих транспортних засобів. Квантовий гіроскоп, який компанія будує для цієї ініціативи, буде випробувано в польоті в 2024 році.
зв'язку
За фінансування DARPA компанія Infleqtion, яка минулого року змінила свою назву на ColdQuanta, також розробляє квантові радіоприймачі для заміни супутникових антен. Вони можуть бути налаштовані на частоти в усьому спектрі, від діапазонів HF і UHF, які використовуються військовими тактичними радіостанціями, до K-діапазону, який використовується супутниковою широкосмуговою мережею Starlink від SpaceX. Технологія дозволить одному пристрою замінити те, що сьогодні роблять десять різних наборів приймачів, сказав Кларк.
До 2025 року компанія планує продемонструвати кишеньковий шестидіапазонний приймач із лазерами та вбудованою електронікою, зменшеною до розміру маленької взуттєвої коробки.
Крім того, Кларк сказав, що аналогічна технологія може бути використана для створення регульованого багатодіапазонного передавача. «Це був би Святий Грааль», — сказав він Forbes. «Це було б схоже на ваш комунікатор «Зоряний шлях», повний прийом і передачу в маленькому пристрої».
Конкуренти
Хоча Радянський Союз породив одних із найвидатніших фізиків-теоретиків 20 століття, немає багатьох ознак того, що сьогодні Росія розробляє значні квантові технології, сказав дослідник RAND Едвард Паркер. Forbes.
Робота Китаю в галузі квантових технологій зосереджена у великих національних лабораторіях. Це може поставити її в невигідне становище в комерціалізації квантових датчиків порівняно зі США з їхньою низкою приватних компаній, сказав Паркер.
«Справжній прогрес у квантовому зондуванні, який має бути досягнутий зараз, полягає не обов’язково в лабораторній чи академічній роботі, а в тому, щоб зробити його польовим», — сказав Паркер. «Мені незрозуміло, чи є у них інфраструктура приватного сектора, щоб виконувати таку дрібну роботу».
БІЛЬШЕ ВІД ФОРБІВ
Джерело: https://www.forbes.com/sites/jeremybogaisky/2023/02/13/the-spy-balloon-is-just-the-start-venture-capital-joins-pentagon-in-spending-big- to-thwart-china-in-quantum-tech-war/