國戰會論壇/譚傳毅》新時代的新武器:量子武器

量子賦能型武器則是利用量子技術,提升現有裝備之探測、通信、導航、指揮決策等性能,部分技術(例如量子通信、探測)已進入實戰部署。圖為IBM旗下的量子電腦IBM Q。
新概念武器過於先進,例如基於反物質湮滅、重力波等原理的武器,還處於探索階段,本文暫不討論。量子賦能型武器則是利用量子技術,提升現有裝備之探測、通信、導航、指揮決策等性能,部分技術(例如量子通信、探測)已進入實戰部署。
量子武器技術原理
量子武器並不是直接作為武器使用,而是通過量子賦能現有軍事系統,為體系作戰中的每個組成都格外強大,並深刻影響戰爭的規模與形態。一切都始自於量子。
量子是構成物質的最小物理量,我們不能從實際體積去理解,例如中微子或夸克等,量子是能量最基本的攜帶者。一個事物若存在最小不可分割的基本單位,它就是量子,例如我們所熟知的光量子(光子)、電量子(電子)、磁量子、音波量子等,都是量子的形態,連一個魚群中的一條魚,也可視為一個量子。
只要是量子,就具備了量子特性:量子化、量子疊加、量子糾纏、測不準原理,科學家就是運用這4種原理建造我們所知道的量子武器。
量子化:利用單光子(光能量的最小單位)作為訊息載體進行通信。量子疊加:主要用於量子計算,使量子比特(Qubit)能同時表示0和1的並行計算,算力指數級提升,可加速密碼破譯、作戰規劃、新材料研發等。
量子糾纏:兩個或多個粒子相互關聯,無論相距多遠,只要改變一個粒子狀態,另一個會瞬間改變,主要用在通信與雷達。量子通信:產生糾纏光子對,用於分發絕對安全的密鑰。量子雷達:發射一束糾纏光子探測,另一束留作參考,提升探測靈敏度。
測不準原理:敵人無法同時精確測量一個粒子的某些成對物理量(如位置和動量),任何竊聽行為都會干擾量子態,而被通信雙方察覺,確保通信安全。
基於上述原理,目前量子技術的軍事應用主要從四大方向進行:量子通信、量子計算、量子探測、量子導航。
量子通信武器
量子通信武器根據測不準和量子不可複製原理,任何竊聽者測量我方發射之光子,必然破壞其量子態,使我方立刻察覺。這是目前最接近實用化的領域,運用量子密鑰分發技術,可以實現無法被竊聽和破解的保密通信。解放軍可能正在開發和建構用於保障軍事指揮、控制以及潛艦通信等量子通信網路,包括利用量子衛星實現全球範圍內的安全通信。
解放軍量子通信武器包括:單兵量子無線電台、天基量子通信網路(例如九章-3衛星)、提升體系作戰能力、潛艇量子通信、區域量子通信。
單兵量子無線電台(重量3公斤左右):是在複雜電磁環境下,實現低功率(躲避敵軍電子偵察)、高靈敏度、難截獲的保密通信,實際應用在陸軍班排級單位、特種部隊、邊防部隊等。
天基量子通信網路(例如九章-3衛星):提供覆蓋全球、抗截獲的量子密鑰分發,以保障戰略級指令安全傳輸,主要應用於戰略指揮中心、洲際飛彈(如東風-31/41/61飛彈)、核動力潛艦等平台。
提升體系作戰能力:量子通信技術有助於將分散的作戰單元更緊密地連接起來,增高敵人入侵體系內通信鏈路之困難度,加速「觀察-判斷-決策-行動」循環,提升整體作戰效能。
潛艦量子通信利用藍綠雷射光等技術,實現與水下數百米深度潛艦的通信,可為常規或核動力潛艦提供通信保障。
區域量子通信為特定作戰區域(如南海或東海)提供安全、即時的通信支撐,提升協同作戰能力,主要用於前沿部署艦艇、島礁駐軍、多兵種之間的協同單元。
量子計算武器
量子計算的巨大算力源於量子疊加原理。一個量子比特可以同時處於0和1的疊加態,表示N個量子比特能同時表示(2的N次方)種狀態、進行並行計算。這種指數級的算力提升,使其能輕鬆破解當前廣泛使用的非對稱加密演算法。
解放軍的主要發展方向是利用量子計算的強大算力,為現有軍事系統「賦能」,以提升其作戰效能,例如提升打擊精度、增強探測能力、加速指揮決策、保障通信安全。
在提升打擊精度方面,運用超高速類比計算飛彈複雜彈道,使其命中精度從公尺級向公分級躍升,瞬間優化飛彈彈道。
在增強探測能力方面,與量子雷達等技術協同工作,處理極微弱信號,可使傳統隱身技術失效,大幅提升雷達探測距離,例如紅旗-9A防空系統雷達,就是量子雷達。
在加速指揮決策方面,並行處理海量戰場數據,進行威脅評估與火力分配,可將反導預警等決策過程壓縮至秒級,實現多目標智慧調度。
在•保障通信安全方面,結合量子通信技術,建構防竊聽網路,形成我方通信絕對安全、敵方通信透明可見的不對稱優勢。
量子探測武器
量子雷達技術運用量子糾纏特性,向目標發射一束電子、本地保留另一束,根據量子糾纏原理,觀察本地光束即知探測光束的屬性。接觸到探測光束的物體(如隱身飛機)會破壞其量子態,這種擾動即時反應在本地參考光束之上,而被我方雷達捕獲。雷達探測不再依賴目標反射信號的強度,而是對量子態變化的感知。
解放軍目前公開的量子探測武器,主要在反隱身和反潛作戰能力。在量子雷達方面,其極高的靈敏度能捕捉傳統雷達難以發現的微弱信號,可識別隱身飛機、且抗干擾能力強。根據網上資料,最遠探測距離超過200公里。據聞,紅旗-9B外貿版防空系統雷達的探測距離達300公里。
在反潛作戰方面有量子磁力儀/超導干涉儀,其靈敏度比傳統設備大幅提升,能捕捉潛艦尾跡及其本身引起的微小磁場變化,也可協同無人潛航器(例如HSU-100)作戰,形成移動探測節點。
量子導航武器
傳統慣性導航系統可能存在累加誤差問題,而量子導航是以測量原子在外部環境下的量子態變化,提供高精度且不依賴衛星的自主導航能力。這對在無法接收GPS信號的區域(如水下或深山)作戰的潛艇、航太器與飛彈等至關重要。
量子導航技術因其高精度、強抗干擾能力和不依賴外部信號的特性,在軍事領域中具有極高價值。例如飛彈導引,在GPS失效或被干擾、或在「黑障」(飛彈速度若超過5馬赫,即會產生通信中斷的「黑障」)環境中,能夠提供彈道飛彈超高精度、自主的導航能力,確保遠端精確打擊。
量子導航能為潛艦提供長時間的隱蔽導航,解決水下無法接收衛星信號的難題;適用於核動力潛艦和無人潛航器(UUV)。在空中,量子導航能提升戰機、無人機在複雜電磁環境下的導航精度和生存能力。
AI + 量子武器
AI + 量子技術正在從科幻走向現實,其主要核心是量子技術提供海量的感知、計算、通信數據,而AI則做深度學習並建模,作為大腦來運用這些能力。談AI卻不談海量數據作為深度學習的支撐,就是耍流氓,其聰明度必然很低劣。
在通信與加密方面,經由量子密鑰分發實現原理上無法竊聽的通信;同時,量子計算也威脅現有密碼體系,AI則構建極難被干擾和窺探的指揮鏈路,更可破解敵方通信。
在決策與指揮方面,超高速計算機使用量子計算機處理複雜戰場優化問題,AI則幫助決策者分析量子計算的結果,生成並優化作戰策略,指揮決策從小時級壓縮到分鐘甚至秒級。
在探測與感知方面,AI快速處理量子感測器傳來的海量數據,識別偽裝目標,在GPS失效環境下提供精準定位,可使傳統隱身技術失效,實現戰場單向透明。
在無人與自主系統(智慧集群)方面,量子技術為無人機、潛航器提供不依賴衛星的高精度自主導航,AI協助指揮無人裝備集群協同作戰。
結論
總的來講,AI與量子技術的結合,其軍事價值不在於製造某種「超級武器」,而是通過賦能現有裝備、重構作戰流程,使其在情報獲取、指揮決策和行動方面,產生指數級優勢。
需要強調的是,這些前景廣闊的融合技術仍面臨量子比特穩定性、糾錯技術、系統小型化等技術挑戰。然而,這場靜默的革命已經開啟,各國都在積極佈局;但在另方面,競爭各方為爭奪「量子與AI優勢」,必然引爆新一輪軍備競賽。
(作者譚傳毅為台灣國際戰略學會研究員,法國博士,本文授權中時新聞網與洞傳媒國戰會論壇同步刊登)
