Tvrtke poput Vector Atomic i Infleqtion pomažu vojsci da iskoristi kvantne tehnologije za razvoj podzemnih senzora, sigurnih komunikacija i alternativa GPS-u.
By Jeremy Bogaisky
Ifšpijunski balon koji lebdi visoko iznad SAD-a je primjer tehnološkog rata iz 19. stoljeća, zamislite kvantnu kao blisku budućnost.
Pentagon već godinama traži nove načine korištenja kvantne fizike za vođenje rata, bilo da se radi o razvoju snažnijih računala, podržavanju GPS-a, jačanju sigurnosti komunikacija ili stvaranju sredstava za nadzor koji bi mogli bolje detektirati potopljene podmornice i podzemne bunkere. Postoji hitnost: Kina također ulaže velika sredstva u unapređenje ovih sposobnosti.
Uzmimo GPS, na primjer. U slučaju oružanog sukoba između SAD-a i Kine, jedna od prvih stvari koje bi obje strane ciljale bio bi sustav globalnog pozicioniranja druge zemlje. Zamislite kaos na zemlji i zbrku na nebu bez toga.
Istraživači razvijaju kvantno poboljšane navigacijske sustave koji bi omogućili brodovima i zrakoplovima da ostanu na kursu u slučaju kvara GPS-a, kao i da točnije vode projektile do njihovih ciljeva. Dio toga uključuje stvaranje preciznijih atomskih satova, budući da je GPS u srcu sustav za mjerenje vremena — izračunava razliku u vremenu između satelita i prijamnika na zemlji. Tehnologija će biti spremna u roku od pet godina, rekao je Michael Hayduk, zamjenik direktora Istraživačkog laboratorija zračnih snaga.
"Ovo će promijeniti svijet na prilično nevjerojatan način, a na to ne morate predugo čekati", rekao je William Clark, fizičar i potpredsjednik u Infleqtionu, startupu koji je jedan od vodećih na tom području. Forbes.
SPREMAN ILI NE
Procjena Ministarstva obrane o spremnosti i očekivanom vojnom učinku niza kvantnih tehnologija.
U svojoj tehnološkoj utrci s Kinom, Pentagon je povećao izdvajanja za istraživanje i razvoj u mnogim područjima, uključujući kvantne znanosti. Vladine agencije imale su 918 milijuna dolara za potrošiti na kvantno istraživanje i razvoj u fiskalnoj 2022., što je porast u odnosu na 449 milijuna dolara u 2019., s Laboratorijem za istraživanje zračnih snaga, Agencijom za napredne obrambene istraživačke projekte i Uredom za pomorska istraživanja među glavnim financijerima. Njihovi su doprinosi nadopunjeni sve većim iznosima rizičnog kapitala. Prema Pitchbooku, američki kvantni startupi su 870. upili 2022 milijuna dolara financiranja, što je gotovo dvostruko više od 2020.
Većina fokusa bila je na razvoju kvantnih računala. Dok se klasično računalstvo temelji na "bitovima" koji su ili jedan ili nula, kvantno računalstvo koristi subatomske čestice kao "qubits". Zbog kvantnog fenomena superpozicije, kubiti mogu biti jedan i nula u isto vrijeme, ili proporcije između, što bi im moglo omogućiti da se koriste za brzo rješavanje složenih problema koji su izvan dosega trenutnih strojeva.
Korisna kvantna računala možda će biti udaljena desetljeće ili više, ali neka od temeljnih istraživanja kontrole pojedinačnih atoma i fotona na korak su od upotrebe za izradu preciznijih senzora, uključujući one koji prate kretanje, poput akcelerometara i žiroskopa, kao kao i uređaji koji otkrivaju male promjene u sili gravitacije i magnetskih polja.
KVANTNI SKOK
Vojska razmatra niz primjena kvantne tehnologije.
Izvješća u 2017. godini Kineski napredak u kvantnoj magnetometriji potaknuo je nagađanja da bi mogao razviti zračnu mrežu uređaja za otkrivanje podvodnih podmornica miljama daleko. Mnogi su stručnjaci skeptični, ali dugoročno se očekuje da će kvantni gravimetri i magnetometri moći točnije mapirati podzemne značajke poput naslaga nafte i minerala, podzemne vode, bunkera i tunela.
Kriptografija
Prijetnja kineskih prodora u kvantno računalstvo već ima utjecaj na kibernetičku sigurnost. Insajderi nacionalne sigurnosti kažu da Kina i druge neprijateljske zemlje jesu prikupljanje šifrirane komunikacije i druge osjetljive podatke iz SAD-a i pohranjujući ih do dana kada kvantna računala budu dovoljno moćna da razbiju njihovu enkripciju.
Prošle su godine Bidenova administracija i Kongres poduzeli korake kako bi potaknuli vladine agencije na prijelaz na nove "postkvantne" kriptografske metode za koje se vjeruje da su neosvojive kvantnim računalima.
Kina ima drugačiji i skuplji pristup prijetnji kvantnog probijanja koda. Zemlja je razvila mreže od tisuća milja optičkih kabela koji povezuju velike gradove koji distribuiraju nasumične kvantne ključeve putem fotona kako bi osigurali komunikaciju. Zbog prirode kvantne mehanike, vjeruje se da bi svaki pokušaj prisluškivanja takve mreže promijenio fotone, upozoravajući korisnike. Kina je također prva zemlja koja je pokazala kvantnu distribuciju ključeva putem satelita.
Snagom tih napora, Kina je pretekla SAD u kvantnim komunikacijama, a RAND studija sklopljen prošle godine. SAD je vodeći u kvantnom računalstvu, a nije jasno ima li bilo koji od njih prednost u osjetilima, napisali su istraživači RAND-a.
Vrijeme i navigacija
Trenutna generacija satelitskog GPS-a može samo procijeniti lokacije unutar tri metra. Kvantna fizika bi omogućila veću preciznost.
Znanstvenici su u laboratorijima razvili preciznije atomske satove veličine sobe temeljene na optičkim laserima koji bi gubili sekundu nakon milijardi godina. Vector Atomic je među nekolicinom tvrtki koje rade na razvoju manjih, robusnijih satova za svakodnevnu upotrebu na terenu, mijenjajući vrhunske performanse laboratorijskih otkrića za pouzdanost i praktičnost.
Prošlog ljeta na multinacionalnim pomorskim vježbama Rim of the Pacific (RIMPAC), startup sa sjedištem u Kaliforniji rekao je da je demonstrirao brodske optičke satove u relativno kompaktnom pakiranju od 40 litara koji su odstupili od točnosti za 10 trilijuntnih dijelova sekunde nakon otprilike sat vremena. Trenutačni satovi satelitskog GPS-a toliko pomaknu nakon 20 sekundi.
Takva vrsta poboljšanja mogla bi imati brojne prednosti. GPS bi ostao točan s rjeđim ažuriranjem satelitskih satova sa zemlje. U kombinaciji sa satelitima u niskoj Zemljinoj orbiti, koji bi približili GPS signale, preciznije mjerenje vremena poboljšalo bi točnost na nekoliko centimetara. To bi značilo, na primjer, da bi GPS mogao zadržati vozila bez vozača na njihovim trakama.
Bolji vremenski raspored također bi omogućio učinkovitiju upotrebu mobilnih i drugih bežičnih mreža, pakirajući više korisnika u spektar koji se trenutno smatra vrlo zagušenim.
Prijenosni atomski satovi mogli bi se postaviti na zrakoplove ili kopnena vozila. To bi omogućilo američkim snagama da podignu privremene lokalne GPS mreže oko bojnih polja s komunikacijskim signalima koji bi bili prejaki da bi ih poremetili, dok bi SAD ometale neprijateljske svemirske navigacijske sustave, rekao je izvršni direktor Vector Atomica Jamil Abo-Shaeer, koji je upravljao kvantnim programima u DARPA-i. od 2010. do 2014. godine.
Tvrtka, koja nije prihvatila nikakva venture financiranja, dok je skupila više od 50 milijuna dolara državnih istraživačkih ugovora, radi na projektima s mornaricom i DARPA-om kako bi smanjila satove kako bi bili manji od ručne prtljage.
Također na RIMPAC-u, Vector Atomic je demonstrirao kompaktni kvantni gravimetar uparen sa standardnim inercijskim navigacijskim sustavom koji obećava da će pomorskim brodovima omogućiti navigaciju bez GPS-a. Uređaj mjeri male promjene u lokalnoj snazi gravitacije zbog varijacija u podmorskom terenu. Uspoređujući mjerenja s gravitacijskom kartom, uređaj je uspio ispraviti pomicanje u brodskom inercijalnom navigacijskom sustavu kako bi točno fiksirao lokaciju plovila tijekom tri tjedna korištenja, rekao je Abo-Shaeer.
Tvrtka vjeruje da će za dvije do tri godine moći početi komercijalizirati energetski učinkovitu verziju dovoljno malu da stane u prtljažnik automobila.
Nekoliko drugih tvrtki radi na kvantnim inercijalnim senzorima, uključujući Q-CTRL sa sjedištem u Australiji, koja planira terensku demonstraciju kvantno omogućenog navigacijskog sustava sredinom 2023. s partnerom Advanced Navigation. Infleqtion sa sjedištem u Coloradu dio je britanskog projekta razvoja Quantum Positioning System za pojedinačna vozila. Kvantni žiroskop koji tvrtka gradi za ovu inicijativu bit će testiran u letu 2024.
komunikacije
Uz financiranje DARPA-e, Infleqtion, koji je prošle godine promijenio ime iz ColdQuanta, također razvija kvantne radio prijemnike koji će zamijeniti satelitske antene. Mogu se namjestiti na frekvencije u cijelom spektru, od HF i UHF pojasa koje koriste vojni taktički radiji do K-pojasa koji koristi SpaceX-ova satelitska širokopojasna mreža Starlink. Tehnologija će omogućiti da jedan uređaj zamijeni ono što danas radi deset različitih prijemnika, rekao je Clark.
Do 2025. tvrtka planira demonstrirati džepni šesteropojasni prijemnik s laserima i pozadinskom elektronikom smanjenom na veličinu male kutije za cipele.
Dalje, Clark je rekao da bi se slična tehnologija mogla koristiti za stvaranje podesivog višepojasnog odašiljača. "To bi bio sveti gral", rekao je Forbes. "To bi bilo kao vaš komunikator Zvjezdanih staza, puni prijenos i prijem u malom uređaju."
Konkurencija
Iako je Sovjetski Savez proizveo neke od najvećih teorijskih fizičara 20. stoljeća, nema mnogo znakova da Rusija danas razvija značajne kvantne tehnologije, rekao je istraživač RAND-a Edward Parker Forbes.
Kineski rad u kvantnoj tehnologiji koncentriran je u velikim nacionalnim laboratorijima. To bi ga moglo staviti u nepovoljniji položaj u komercijalizaciji kvantnih senzora u usporedbi sa SAD-om, s njegovim nizom privatnih tvrtki, rekao je Parker.
"Pravi napredak u kvantnom očitavanju koji se sada treba postići nije nužno laboratorijski ili akademski rad, već u tome da se to učini terenskim", rekao je Parker. "Nije mi jasno imaju li oni infrastrukturu privatnog sektora za obavljanje te vrste sitnog posla."
VIŠE OD FORBESA
Izvor: https://www.forbes.com/sites/jeremybogaisky/2023/02/13/the-spy-balloon-is-just-the-start-venture-capital-joins-pentagon-in-spending-big- osujetiti-kinu-u-ratu-kvantne-tehnologije/