量子技術：軍事革命的阿基米德支點

縱觀人類歷史,每一場軍事革命往往都發軔于科技革命。以蒸汽機為起點的能量轉化控制技術的出現,引發了人類戰爭形態從人力對抗向機器對抗的轉變,進而進入機械化戰爭時代;以計算機和通信技術為代表的信息技術的發展,引發了人類戰爭形態從能量毀傷向精準殺傷的轉變,進而進入信息化戰爭時代。在量子理論提出百年后的今天,雖然其應用技術尚處在研究實驗階段,但對人類未來影響的廣泛性和深刻性將是此前任何一項技術都無法比擬的,這也必然會觸發下一場軍事革命,而這場革命的結果將顛覆我們以往對戰爭的全部認知。

量子武器在未來作戰中的設想

量子力學是描寫微觀物質的一種物理學理論,與相對論一起被認為是現代物理學的兩大基本支柱。量子理論應用于武器裝備,就會產生量子武器。以往戰爭中的武器對抗主要是摧毀作戰目標的物體結構(機械殺傷),最大程度也僅限于破壞作戰對象的分子結構(核輻射)。然而,量子武器可以直接作用于亞原子微觀物質,在原子層面上消滅和摧毀作戰對象,使對手真正地灰飛煙滅。

量子武器和反量子武器的研究始于第二次世界大戰末期的德國。目前,人們推測未來可能出現的量子武器主要有四種。一是反物質炮。因為物質是由分子和原子構成,原子是由帶負電的電子和帶正電的原子核組成,如果由帶正電的電子與帶負電的原子核組成原子,那么就是反原子,進而可組成反物質。當反物質與正物質接觸時,會產生湮滅效應,同時釋放出巨大能量,也就是說會爆炸。現在許多科學家都認為反物質武器將是繼核武器之后的又一種毀滅性武器。二是重力波炮。它實際上是一種量子定向能武器,其原理同樣是量子凝縮。在宇宙中定向發射的高能重力波可以很容易產生擴散性殺傷的效果。三是重力場發生器。其實質是人造黑洞,只要碰上就片刻之間化為烏有。四是反量子武器。反量子武器是個量子防護罩,理論上可以抵抗所有物理攻擊。

量子信息技術將成為軍事技術博弈的焦點

量子信息是指以量子力學基本原理為基礎,通過量子系統的各種相干特性,如量子并行、量子糾纏和量子不可克隆等,進行計算、編碼和信息傳輸的全新信息方式。根據摩爾定律,每18個月計算機微處理器的速度就增長一倍,其中單位面積(或體積)上集成的元件數目會相應地增加。可以預見,在不久的將來,芯片元件就會達到它能以經典方式工作的極限尺度。量子信息的研究為突破芯片極限提供新概念、新思路和新途徑。

今天,我們正處在信息化時代,信息成為影響戰爭勝負的主導要素,制信息權也成為繼制陸權、制海權、制空權之后戰場上的制高點。獲取信息優勢的關鍵在于掌握先進于對手的相關信息技術。隨著信息技術的飛速發展,基于經典電磁理論的傳統信息技術發展已現乏力之態,未來能夠引領人類真正進入新一輪信息化時代的必定是建立在量子理論之上的量子信息技術。對于戰爭而言,誰能把握明天,誰就能取勝于明天。代表未來發展方向的量子信息技術,必將成為軍事技術博弈的焦點。

目前,量子信息技術主要包括量子計算、量子密碼和量子通信三類。量子計算是一種依照量子力學理論進行的新型計算,它利用量子的重疊與牽連原理而產生巨大計算能力。量子糾纏使分處兩地的兩個量子比特能共享量子態,創造出超疊加效應,即“每增加一個量子比特,運算性能就翻一倍”。量子計算所產生的直接作用就是使傳統密碼體系不堪一擊。量子密碼是基于單個光子的應用和它們固有的量子屬性開發的不可破解的密碼系統。與傳統的基于數學的密碼體系不同,量子密碼利用物理學原理保護信息,它采用量子態作為信息載體,利用量子的不確定性經由量子通道在合法的用戶之間傳送密鑰,使任何在信道上的竊聽行為不可能對通信本身產生影響,從而導致竊聽失敗,以保證信道的安全。

另一項被人們所關注且充滿科幻色彩的技術便是量子通信。根據量子理論,在微觀世界里,有共同來源的兩個微觀粒子之間存在著糾纏關系,不管它們距離多遠,只要一個粒子狀態發生變化,就能立即使另一個粒子狀態發生相應變化。量子通信正是利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型通信方式。量子通信技術在軍事應用方面有著廣闊前景,量子隱形通信系統將建立在各類作戰指揮控制體系之間和各種偵察預警系統、主要作戰平臺以及量子微空間武器系統之中,構建出量子信息化戰場的通信網絡,以其超大信道容量、超高通信速率等特性,在未來的信息化戰爭中扮演無可替代的角色。

量子生物開辟未來戰爭新空間

戰爭是一種集體和有組織的互相使用暴力的行為。無論戰爭的形態和方式如何變化,最終的作用對象都是人本身。從理論上講,人有三種存在形式,即物理存在、生理存在和心理存在。中國古人雖然早在兩千多年前就有“攻心為上、攻城為下”、“不戰而屈人之兵”等軍事格言,但由于缺乏科學技術支撐,在以往的戰爭中,作戰雙方的對抗主要圍繞消滅人的物理存在而展開,對人的生理存在和心理存在的影響也僅限于物理打擊的附帶作用。未來量子生物學的發展將徹底改變這一局面,它將為我們剖析生命的起源,揭示意志、思維、智慧甚至靈魂的本質,從根本上破解一切生物奧秘,進而產生能夠直接作用于人的生理存在和心理存在的方法和技術,這也必將為未來戰爭開辟新的作戰空間。

量子生物學是運用量子力學的理論、概念和方法研究生命物質和生命過程的一門學科,又稱量子生物物理學。1930年,物理學家P.約爾丹提出了遺傳物質是一種有機分子,遺傳性狀以“密碼”形式通過染色體而傳遞等設想。這些設想由于J.D.沃森與F.H.C.克里克提出脫氧核糖核酸雙螺旋結構模型而得到極大的發展,從而奠定了分子生物學的基礎。因此,量子生物學是分子生物學深入發展的必然趨勢,是量子力學與分子生物學發展到一定階段之后相互結合的產物。

未來量子生物技術應用于軍事領域主要分為兩個方面。一是以基因控制為核心的量子生物技術,應用于軍事可產生直接作用于人類生理結構、控制人類生命體征的武器和手段,如超級細菌武器、基因變異與進化、物種和人種改造、超自然進化和超生態生物等。二是以精神控制為核心的量子生物技術,應用于軍事可產生直接作用于人的認知、意識、情緒、思想等精神世界的方法手段,如加州大學圣塔芭芭拉分校(UCSB)著名的理論和實驗物理學家Matthew Fisher就篤信,人的意識、記憶和思維是量子糾纏的,要用量子理論來解釋。可想而知,一旦人類掌握了開啟自身精神世界的鑰匙,未來戰爭形態必然會轉變為敵我雙方對意識進行控制和反控制的較量,而在這場較量中,沒有差距,只有勝負。

(作者單位:國防科技大學)

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