量子武器:威力超过核武器的高超级无形杀手

量子武器:威力超过核武器的高超级无形杀手

社会新闻2020-07-21 15:58:05

作为中科院空间科学先导专项的第三颗科学卫星,量子科学实验卫星在2011年时已正式立项。

作者:孙立华

英国《每日邮报》网站8月3日报道,中国科学家将发射世界首颗“量子卫星”,这有朝一日或许有助于建立一个极其安全的全球通信网络。该卫星重达1300磅(约合590千克)的航天器中,含有一块能够产生纠缠光子对的晶体,这些光子对将被发射到中国和奥地利的地面卫星接收站中,从而形成一个“密钥”。据说,该卫星计划于8月晚些时候在酒泉卫星发射中心进行发射,这是世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信,因其运用量子物理基本原理,具有单光子的不可分割性和量子态的不可复制性,确保了信息的不可窃听和不可破解,从原理上确保身份认证、传输加密以及数字签名等的无条件安全,有力解决信息安全问题。

所谓量子理论,从微观领域来讲,就是某些物质可同时处于多个可能状态的叠加态,只有当被观测或测量时,才会随机地呈现出某种确定的状态。按照量子理论,物体从A不经过A和B中的任何一个点就能直接到达B。换句话说,物体在A点突然消失,与此同时在B点出现。基于这一原理,有科学家提出将具有量子态的物质作为密码。如此一来,若有操作者截获或测试量子密码,就会改变量子状态,其获取的量子密码也是无意义的。量子理论应用于武器中,就会产生量子武器。量子武器实际上是一种威力超过核武器的无形杀手,如果把它安装武器上,其威力如同人进入火海,迅速化为灰烬。

20世纪70年代,英国和美国最早开始对量子计算的研究。二战中,英国破译德军ENGMA密码,获知其即将轰炸考文垂市,但为保守德军密码已被破译的这个秘密,英国宁可牺牲考文垂这个重要工业城市,未发防空预警任由德军狂轰轰炸。二战末,德国中央科学院就开始了量子武器和反量子武器计划的研究,并取得了突飞猛进的进展。二战结束后,美国和前苏联分别获取了德国遗留下来的部分量子武器和反量子武器相关资料后发现,得出量子武器比核武器威力大的结论。爱因斯坦1942年在相对论中就提出了量子力与反量子力的守衡,美国莱顿国家基础物理研究中心在1964年成功地将氖156原子在次度聚变繁衍反应堆中反量子化。前苏联也一直秘密研究实验,但一直没有更多的资料。直到俄军在谋划未来战争模式--脉冲战争后,才开始研制量子武器,准备从空中保卫国家,决定建立无线电电子作战部队。外国分析家认为,俄罗斯由于具有自然科学优势,已拥有批量不大的量子武器样品,因为这种武器的有效半径是无限的,能够将激光能送达任何地点。此外,这种量子技术还可以建立通信系统,以极高的速度向战区传递信息。2009年,俄军量子武器初具规模,研制一种被称作量子武器的神秘设备,其性能远远优于世界上现有的类似产品,可以放在一个小箱子里,能使一个中等国家或者整个地区能源系统陷入瘫痪。此外,依靠这种量子技术还可以建立远程通信系统,凭借它可以在全球范围内以高于光速的极高速向远处战区传递信息。

量子科学实验卫星副总设计师周依林(左三)与工作人员在量子卫星旁忙碌。新华社记者 才 扬摄

据介绍,在量子物理学攻关、试验成功后,至少可生产如下武器:一是反物质炮。因为物质是由分子和原子构成,原子是由带负电的电子和带正电的原子核组成,如果由带正电的电子与带负电的原子核组成原子,那么就是反原子,由反原子就可组成反物质。当反物质与正物质接触时会产生湮灭效应、放出光子和介子,同时释放出巨大能量,也就是说会爆炸。一毫克反物质与一毫克正物质湮灭时会产生相当于430吨TNT的爆炸力,因此现在的许多科学家都认为反物质武器将是继核武器之后的又一种毁灭性武器。但是要研发反物质炮弹除了量子物理学基础研究、高能物理研究装置外,还得有反物质试验装置。二是重力波炮。重力波炮实际上是一种量子定向能武器,其原理同样是量子凝缩。由于在宇宙中缺乏媒介,声波、冲击波等无法传播,导致传统的爆炸性武器包括核武器的效果都大打折扣。而重力波则不受这个限制,因此在宇宙中,定向发射的高能重力波可以很容易做到扩散性杀伤的效果。三是重力场发生器。其实就是个人造黑洞,只要碰上就片刻之间化为乌有。四是反量子武器。反量子武器是个量子防护罩,如果研制成功,那么它就能抵抗所有物理攻击。外刊报道说,1996年中国曾试验反量子武器,一个10万吨级的战术核武器在新疆地下试爆,反量子武器挡住了45%的物理攻击。

近年来,量子计算的理论和实践都相继取得重大进展,产生了多种新的量子算法,研制了多种量子计算机原型。量子计算机最早由理查德·费曼提出,一开始是从物理现象的模拟而来的。可他发现当模拟量子现象时,因为庞大的希尔伯特空间使资料量也变得庞大,一个完好的模拟所需的运算时间变得相当可观,甚至是不切实际的天文数字。理查德·费曼当时就想到,如果用量子系统构成的计算机来模拟量子现象,则运算时间可大幅度减少。量子计算机的概念由此诞生。2013年6月8日,由中国科学技术大学潘建伟院士领衔的量子光学和量子信息团队首次成功实现了用量子计算机求解线性方程组的实验。美国麻省理工学院教授塞斯·罗伊德等提出了用于求解线性方程组的量子算法。目前,量子密码已经从实验室演示性研究迈向实际应用。美国科学家正在研发一种“量子雷达”,或将成为隐身飞机新的天敌。报道称,光子的量子特性可用于挫败先进的隐身技术,罗切斯特大学的研究人员正在利用偏振光子探测物体和进行成像,如果隐身飞机试图截获这些光子并以某种方式反射以伪装自己的部位,就会不可避免地改变光子的量子特性,进而暴露干扰行为。2015年9月29,谷歌和NASA联合建立的量子人工智能实验室装备了最新一代量子计算机D-Wave2X。它将被谷歌和NASA用来处理宇宙空间问题模拟或者是气候研究等双方亟待处理的计算难题。D-Wave2X可以使用1000个量子比特位,也就是说与二进制计算机相比,这一量子计算机可以认为是“1000进制”。但由于量子的不确定性,运算速度无法直接进行对比。虽然该实验室已经在测试新机器的能力,但外界还对D-Wave量子计算能否真正取得效果持怀疑态度。

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