量子计算军事应用：安全通信与战场感知的新纪元

快速阅读: 量子计算源于量子力学研究，利用量子位的叠加、纠缠、干涉和退相干等性质，实现高速计算和解决复杂问题，各国正积极研发相关技术。

从量子力学到量子计算

探索物质和能量量子特性的旅程已近百年。这一过程始于原子物理学的研究，逐渐深入到粒子（如质子、电子、μ子、中子、介子等）行为领域。尼尔斯·玻尔、德布罗意、海森堡、薛定谔、爱因斯坦等科学家发现，物质表现出离散和非离散的双重特性。离散特性体现在质量、自旋、电荷、磁矩等可测量属性上，而非离散特性则在相对论力学（爱因斯坦、麦克斯韦理论）研究中显现，亚原子粒子展现出波粒二象性，其存在状态变得具有概率性。当马克斯·普朗克提出普朗克常数，德布罗意推导出适用于所有粒子（微观和宏观）的一般波动方程时，量子力学的基础得以奠定。海森堡提出的不确定性原理进一步证实了自然法则或我们所见的世界既不是“线性”的，也不是“确定”的。自然界中很大一部分现象超出了人类感知范围。从此，牛顿经典力学成为我们“通常认为”的，而非“实际存在的”。

这段历史如何引领我们进入量子计算？

当前的数字计算、传输、接收及所有相关操作基于“位”。位是逻辑上的“0”或“1”。如果协议规定某个电压（例如5伏）代表1，则另一电压（例如0伏）代表0。所有指令、消息、算法均遵循此约定。用户可以选择8位帧（字节）或32位帧（用于分组交换网络）。这是所有高级语言、操作系统、软件编写和使用的数字世界基础。

量子力学方法涉及量子粒子（量子位）。这些粒子存在于能量水平0（平衡状态）或1（激发态，能量略高ΔE）。目前，量子位类似于二进制位。但考虑到不确定性和物质的波性质，量子位在同一时刻可以处于0、1或两者的加权组合状态。这在经典力学理论中令人费解。

但这正是自然界的本质。科学家利用量子位的这种亚原子粒子性质，结合叠加、纠缠、干涉和退相干等附加性质，开启了一个计算速度极快且能够解决超出传统数字或二进制计算能力的复杂问题的新时代。这里简要描述这些量子位的附加性质：

**叠加**：

量子位能存储所有可能的组合，形成复杂的多维计算空间。两个量子位可以存储相当于四个两位（数字）字符串的数据，三个量子位则相当于八个三位字符串的二进制数据，以此类推。在测量时，这些信息可以用二进制位表示。因此，一个问题可以产生多个可能的答案。此外，量子计算与我们熟知的传统计算兼容。

**纠缠**：

在一个纠缠系统中，一个系统的量子位能够与其他系统中的量子位关联其状态。这种性质看似普通，但具有深远的影响。想象一个纠缠的量子网络传感器系统，一端收集的信息可以立即与来自其他传感器或纠缠网络的输入相关联。因此，欺骗或干扰一个纠缠的量子网络几乎是不可能的。

**干涉**：

在集体叠加结构中，量子位的波性质会产生类似不同振幅和相位的干涉波模式。这里的振幅表示某一事件发生的概率。同相波的振幅是干涉波的总和，而异相波则相互抵消振幅。因此，产生的模式显示了事件发生的所有可能性。这有助于从所有可用的结果中识别出更可能的结局，对于解决复杂问题非常有用。

**退相干**：

在这个属性下，量子系统会塌缩成一个非量子系统（离散二进制）。这种变化是通过二进制手段有意触发用于测量。然而，不应允许这种情况无意间发生。在光学（物理）中，相干定义了同步波，它们产生稳定的干涉图样。因此，为了保持量子干涉和叠加的特性，除了这些干涉图样需要用二进制系统测量时，量子位需要处于相干环境中。

全球对量子计算和通信技术的追求

美国、俄罗斯、中国、欧盟、法国、加拿大和印度等十五个国家正在积极研发这些技术。该领域的领先国家包括美国、中国、加拿大和德国。据美国海军研究所报道，中国已经开发出世界上首个量子计算网络，结合700个光纤链接节点和两个卫星链路，可以实现4600公里的距离量子密钥分发。这个网络既不能被拦截也不能被操纵。日本开发了100量子位的量子计算机。俄罗斯计划到2030年建造1000量子位的量子计算机。美国通常有最雄心勃勃的项目，创建量子计算互联网。他们成立了量子经济发展联盟，并启动了Q-12教育伙伴关系，以培养将在量子计算和通信环境中工作的劳动力。

军事应用

正如上文所述的量子位的独特性质，为军事政策制定者提供了巨大的机会。斯德哥尔摩国际和平研究所的一篇由米哈尔·克雷利纳撰写的论文建议，军事规划者可以利用这项技术进行超秘密通信。与传统的TCP/IP网络中使用的二进制系统不同，其重点是让系统尽可能多的人使用，量子通信可以根据用户的需要高度定制，主要关注安全。操作系统和应用程序都是用量子位编写的。通过生成退相干并使用量子密钥分发（QKD），可以测量结果。这将使量子通信成为最安全的通信方式。

在战场感知中，叠加和纠缠的性质可用于识别目标的性质和轮廓，以及正确的态势感知。在地形和天气映射方面，应用于历史数据的干涉原理可以提供对未来地形和天气状况的合理准确预测。同样，量子通信的数据分析和人工智能能力将更快、更准确地解决复杂问题，从而辅助决策。

最具革命性的影响将是潜艇通信。现有的水下通信是在极低频（ELF）或甚低频（VLF）上调制的，这限制了带宽（信息承载能力）仅为每秒几个字节。此外，由于低频率意味着非常高的波长，因此需要与船只相连的非常大的天线电缆。使用量子计算可以让潜艇保持在最佳深度80至100米，并使用声子（量子位在声波上）或通过上方平台（飞机）使用QKD进行通信。因此，潜艇可以在更长时间内保持不被发现，并从上方的通信平台获得最新的态势感知信息。

量子计算是否会取代现有二进制系统？

两种系统（量子和二进制）是互操作的。我们今天使用的二进制系统对于网络中大多数简单任务来说更加合适且成本效益更高。量子技术最适合解决复杂问题，以及在数字系统过于缓慢和笨重的具体情况下（如潜艇通信）。因此，目前的技术水平下，量子计算不太可能取代传统系统。

量子计算科学家和工程师一直在努力制造更好、更经济高效的硬件和软件。然而，低成本选项无法提供一些高端优势。例如，超导系统（温度为零下272摄氏度）提供了异常高的速度和无阻抗的量子位流动。维持这一温度的成本过高，且所用设备体积庞大。幸运的是，有许多成本有效的方法来生成量子位（自由电子、光子、声子），并且这些量子位可以调制用于传播二进制位的现有媒介。因此，相对便宜的量子计算机将可用于满足较不复杂的需要。

印度的战略举措以利用量子计算

印度也在采取战略措施以利用量子计算。

2023年4月19日，印度联邦内阁批准了国家量子使命计划，为2023年至2031年的项目分配了6000亿卢比。目前，100所大学正在进行学术研究，以开发量子计算的硬件、操作系统和软件应用。塔塔咨询服务公司（TCS）已开始提供量子计算实习课程，而印孚瑟斯技术有限公司（Infosys）则与以色列合作开发量子计算技术。

该领域已取得显著成果。印度一家初创企业QpiAI Pvt Ltd研发出了64量子比特的量子芯片“Kaveri”，并开发了25量子比特的全栈量子计算机“Indus”。此外，还成功测试了7至25量子比特的量子计算机，并完成了长达100公里的自由空间量子通信试验。预计到2026年第二季度，这些实验室或试验成果将实现商业化规模应用。

量子计算有助于保障通信安全，解决复杂的科学和军事问题，在某些情况下还能提供更优的通信系统（如水下通信）。尽管这仍是一项正在发展中的技术，但大多数发达国家及印度（一个发展中国家）都在积极追求这一领域的发展。印度虽然起步较晚，但已取得了令人瞩目的进展。

量子计算是否会改变战争的性质？实际上并不会。国家和社会之间的战争由原始暴力和历史上的人类缺陷驱动。这些因素引发了当前的战争，并将继续在未来引发战争。技术只是辅助工具。量子计算不会带来新的战争形式（量子战争）。战争的本质不变——使用国家资源争夺主导地位，必要时进行破坏。

参考文献：

1. Merzbacher Eugen, *Quantum Mechanics*, Wiley, 2004, ISBN 9788126533176

2. Ghatak Ajoy, *Basic Quantum Mechanics*, Macmillan New Delhi, 2002, ISBN 0333936809

3. Amnon Yariv, *Quantum Electronics*, John Wiley and Sons, 1989, ISBN 0471609978

4. https://www.ibm.com/think/topics/quantum-computing

5. https://thequantuminsider.com/2021/04/29/leading-quantum-computing-countries/

6. https://www.security-risks.com/post/quantum-computing-military-applications-rewards-and-risks-analysis

7. https://www.naval-technology.com/features/featuredeep-secret-secure-submarine-communication-on-a-quantum-level/

8. https://thequantuminsider.com/2024/11/27/quantum-computing-advancements-in-india/

9. https://www.pib.gov.in/PressReleasePage.aspx?PRID=2111953

10. https://niti.gov.in/sites/default/files/2025-09/quantum-computing.pdf

11. https://indianexpress.com/article/cities/pune/pune-iiser-i-hub-new-development-quantum-technologies-10361354/

12. https://www.pib.gov.in/PressReleasePage.aspx?PRID=2121845

（本文是作者个人学术观点的表达。作者确认文章内容原创且未在其他地方提交发表或网络上传，文中引用的事实和数据均已适当标注来源，并认为正确。本文不一定代表组织立场。）

图片来源：

https://blog.sintef.com/wp-content/uploads/2025/05/shutterstock-1912710100-1.jpg

(以上内容均由Ai生成)