美国量子信息技术军事化的动因、规划、应用与风险

肖迅韬

以量子信息技术为代表的量子调控，带来第二次量子革命，使人类对量子世界的探索从单纯“探测时代”走向主动“调控时代”。作为创新引领新疆域的颠覆性技术，量子信息技术在国防领域的重要性日益凸显，有望塑造全球军事新变革和未来战争新形态。基于技术优势获得战略优势的历史经验和技术霸权相对衰落的焦虑心理，美国高度重视量子信息技术的军事化，美国防部已将量子信息技术列为六大颠覆性基础研究领域之一，协同美能源部、美国家标准与技术研究院、美国家科学基金会、美国土安全部等部门以及IBM、谷歌等私营企业投入研发资金，聚焦量子信息技术的基础理论研究，汇聚美国政府机构、军方和私营企业的资源和能力，旨在加快推进量子计算、量子通信、量子传感等方面的最新成果在军事领域应用落地。

美国量子信息技术军事化的动因

美国政府与军方已将量子信息技术作为增强美军战力、维持非对称军事优势的潜在重要手段。量子信息技术的军事化，既是对美军“技术制胜”战略传统的支撑，也是维护美国家安全的重要保障，更是塑造相对其他大国的军事优势、应对霸权衰落的现实需要。上述三方面因素共同推动量子信息技术在美国的军事化进程。

基于“技术制胜”的战略传统美国军事战略思维崇尚科技能力，重视对新技术、新概念的创造性应用，推崇基于非对称优势的“技术制胜”论。代表信息时代下一个前沿的量子信息技术被美军视为未来进一步强化非对称军事优势的关键驱动因素：量子计算和仿真技术具备高速处理大规模数据和解决复杂问题的潜力，可为军方提供更高效、更智能的战场决策支持和仿真模拟；基于量子加密的量子通信技术能够为军方提供无法被对手破译的安全信息传输和通信保密能力；量子传感可为军方提供更精确、更灵敏的战场态势感知能力。可以看出，量子信息技术的军事化将为美军“技术制胜”战略提供强大支撑。

维护国家安全的重要保障在当前国际环境下，信息安全和通信保密对国家安全至关重要。随着密码分析理论的不断发展和机器算力的规模性增长，美国家标准与技术研究院颁布的国际公认最先进、应用范围最广的两大密码算法MD5和SHA-1相继被破译，意味着传统的信息加密技术已经不再安全可靠。寻求基于量子信息技术的安全、可靠的通信替代方案已成为美军方和情报机构保障国家通信系统安全，防止竞争对手和敌对势力窃取关键信息的核心任务。

管理霸权衰落的现实需要进入21世纪后，美国先后遭遇安全危机、经济危机和制度危机的连续冲击，导致其硬实力和软实力均呈下降态势。美国对自身霸权衰落的危机认知日甚，希望通过在高科技领域的发力达成霸权护持的战略目标。量子信息技术被视为未来科技领域的重要突破口，美军方企图借助在量子信息技术军事化进程中所取得的最新成果来强化对竞争对手和敌对势力的降维打击能力，巩固美国在全球事务中的“话语权”，继续维护其在全球的霸权地位。

美国量子信息技术军事化的发展规划

量子信息技术作为美国家科学技术委员会（NSTC）2022年2月发布的《关键和新兴技术清单》中的核心新兴技术，已成为美军为应对未来战争而着力推进的研发领域。美国防部协同政府部门、研究机构和私营企业加大对量子信息技术的应用研发，发布一系列指导性文件，从重点关注、资金投入、技术合作等多个层面为量子信息技术军事化提供政策引领和资金支持。

量子计算机硬件研究计划挑战了长期以来生物传感器主要利用经典物理学的观点，为新型传感器设计奠定了基础

重点关注美国防部结合现代战争的应用需求，重点聚焦于量子计算、量子通信、量子传感等核心领域的研究。2002年，DARPA制定了《量子信息科学和技术发展规划》，明确了量子信息技术发展的主要步骤和时间表，并于2007年将量子信息技术作为核心技术列入其战略规划。2015年，美陆军研究实验室发布《2015—2019年技术实施计划》，提出2015至2030财年量子信息科学研发目标与基础设施建设目标。2018年，美国防部增设了量子科学首席主任职位，以领导国防部量子信息技术的研发工作，该年度的《国家防务战略报告》指出，量子信息技术是未来科技竞争的重要领域之一，将加强对量子计算、量子通信、量子传感等领域的投资和研发。2019年12月，美国防部国防科学委员会在撰写的《量子技术的应用》报告中概述了美国在量子传感、量子计算以及量子通信与纠缠领域的主要发现，认为量子传感系统、量子计算和量子通信系统的应用将为美国防部开创量子赋能的新时代。2021年5月，美国会研究服务中心提交了关于量子信息技术军事应用的报告《首要的防务：量子技术》，该报告认为在国防应用中最有前途的量子信息技术为：量子传感、量子通信和量子计算。2022年1月，美国白宫首次将量子通信中核心加密技术：后量子密码（Post-Quantum Cryptography，又称抗量子密码）纳入国家安全备忘录（NSM-8）中。后量子密码是能够抵御传统计算机和量子计算机攻击的密码算法，是量子信息时代维护通信安全的关键核心技术。美国防部、美国土安全部、美国家标准与技术研究院等部门高度重视后量子密码技术，长期推进相关技术遴选和标准化工作。2021年10月，美国土安全部与美国家标准与技术研究院发布《后量子密码过渡路线图》，预计2024年发布后量子密码标准，2024至2030年开展标准的应用转化工作。2023年4月12日，美国防部长办公室宣布启动“量子跃迁加速”计划，旨在加速量子技术转型，并促进其供应链成熟。

资金投入美国防部在量子信息技术领域的资金投入巨大，金额呈不断增长的态势。依据《2018年度国防授权法案》，美国防部获批1.87亿美元用于量子计算机和相关量子信息技术的研发；在《2022年度国防授权法案》中，美国防部在量子信息科学、技术和应用方面的预算达到10亿美元，相比于2018年，投入金额增长5倍多。在国家层面，2018年12月21日，时任总统特朗普签署《国家量子倡议法案》，承诺在五年内拨款10亿美元支持美国量子信息技术的研发；2022年8月，拜登总统签署的《2022年芯片和科学法案》为量子信息技术提供五年总计7.73亿美元的研发资金，用于支持量子信息技术的基础研究、应用开发和商业化。统计数据显示，在2017年以前，美国联邦政府每年投入到量子领域的研发资金大约为2亿美元；在《国家量子倡议法案》实施后，投入金额呈现显著上涨趋势：2019年为4.5亿美元，2020年达5.8亿美元，2021年增长到7.1亿美元。

美国量子科学中心于2023年 5 月 22 -24 日举行了首次全体员工会议

技术合作在量子信息技术的研发上，美国与盟友、伙伴国以及私营企业之间展开了广泛的技术合作，同时积极推进量子信息技术军民融合发展战略，旨在加快实现量子信息技术的商业化和军事化。自2019年开始，美国分别与日本、英国、澳大利亚、韩国等盟友签署了一系列合作协议，建立量子研究伙伴关系，在量子通信、量子计算等领域展开技术合作，如2019年12月，美国政府与日本政府签署了《量子合作东京声明》，确立了两国在量子信息科学领域的技术联盟；2021年，美国与英国、日本、加拿大、意大利等国联合开发基于卫星的量子加密网络，利用量子信息领域的技术创新来防范日益复杂的网络攻击；2022年4月，美英澳三国达成《“奥库斯”量子协议》，三国承诺将加速对量子信息技术的合作研发，以提供下一代量子能力。

《2019年度国防授权法》授权美国防部推进量子信息技术的军民融合，加大与私营企业合作：美国防部正在与IBM、Google、Intel等公司合作，开发适用于军事应用的量子计算机；美空军研究实验室正与霍尼韦尔国际公司合作，开发具有高度稳定性的量子计算机。《2020年度国防授权法》授权美各军种下属常设研究机构设立量子信息科学研究中心，以便各军种协同量子信息技术的军事化进程。2022年5月，美海军研究实验室宣布与美陆军研究实验室、美海军天文台、美国家标准与技术研究院、美国家安全局、美国中央安全服务研究局、美国家航空航天局联合成立华盛顿城域量子网络研究联盟，旨在创建一个可靠的量子网络区域试验平台。

美国量子信息技术军事化的潜在应用领域

美国防部国防科学委员会确定的量子信息技术军事化的三大主攻方向，即量子传感、量子通信和量子计算，可分别应用于战场目标探测与侦察、安全通信与加密以及大规模计算与仿真。

目标探测与侦察量子传感与成像技术在军事目标探测和侦察方面具有巨大潜力。量子传感技术利用量子纠缠、量子不确定性等量子物理属性，实现对未知环境参数的高精度、高灵敏度、高分辨率的感知。美陆军指挥、控制、通信、计算机、网络、情报、监视和侦察中心的研究人员基于里德堡原子开发了一种新型量子传感器，该量子传感器利用里德堡原子暴露于不同电磁场时的不同反应，可连续灵敏地探测跨波段的电磁辐射信号。美海军致力于为航母舰载战斗机和海上巡逻机装备先进的量子传感器系统，以提升航母舰队的对海/对陆探测能力和实时数据共享能力。美陆军研究实验室在量子成像关键技术方面取得进展，在低光照和气流紊乱情况下，采用量子成像技术生成远距离目标的高清晰的图像。基于量子成像的侦察卫星也在紧锣密鼓地展开研发，旨在利用量子技术显著提升情报获取、战场目标探测与侦察能力。

佛罗里达大西洋大学的沃纳·A.米勒博士与 Qubitekk 和 L3Harris 合作，开发首个基于无人机的移动量子网络

安全通信与加密量子通信是量子信息技术在军事领域中最普适的应用之一。量子通信技术是一种全新的通信技术，其原理是利用量子纠缠和量子隐形传态的特性来实现安全的信息传输。2022年5月，在美国防部部长办公室牵头下，美国防承包商L 3Harris公司、佛罗里达大西洋大学、量子技术公司Qubitekk合作为美空军开发首个基于无人机的移动量子通信网络，该移动量子通信网络用于共享量子加密信息，确保无人机在恶劣战场环境下的安全通信能力。目前，白宫和五角大楼已安装量子通信系统并投入使用。

量子密码为量子通信提供数据加密保护。美军方重点聚焦于后量子密码的研究，旨在用具备量子密钥分发能力的后量子密码算法取代传统的不对称加密方案，以确保国防通信具备不受强大量子计算机攻击的加密能力。2022年7月，美国家标准与技术研究院首次发布4种后量子加密算法，这是自2016年美国家标准与技术研究院启动后量子密码标准化项目以来，首次发布入围标准的后量子算法，意在为抵御未来可能受到的量子计算机破解攻击提前布局。美国家安全局已研究出两种后量子加密方案：New Hope和Circuit ORAM。New Hope作为一种基于格的加密方案，可以在未来遭受量子破解攻击下确保军方通信安全；Circuit ORAM是一种基于多线性映射的加密方案，未来为云存储在遭受量子攻击时提供安全保护。

大规模计算与仿真战场大规模计算与仿真是量子计算的一个潜在的军事应用领域。现代化战争需要实时动态感知战场态势，并能对敌方攻击做出精准拦截，这就需要计算机具备高效处理复杂问题的大规模数据计算能力。针对传统计算机性能受限于摩尔定律的困境，以量子为核心的量子计算机，利用强大的量子计算能力为现代战争提供大规模算力支撑。2018年，美国防部设立了国防部量子计算科学中心，旨在加快量子计算技术的发展。美国DARPA投入资金，启动了“量子计算机硬件研究计划”，旨在研发基于超导量子比特的量子计算机；美国家安全局启动了“量子计算机软件研究计划”，用以资助对量子计算机软件和算法的研发，该计划已经开发出了一些适用于量子计算机的算法，如Grover和Shor算法。美国防部预计未来将研究成果应用在大规模战争的兵棋推演、战场实时仿真，以及加快美导弹攻防系统、大型海空作战武器平台、军事航天装备等复杂武器系统的设计和试验进程上。此外，量子计算与人工智能相结合，为武器智能化提供了广阔的发展空间，将深刻改变现代战场的形态。

美国家标准与技术研究院公布的后量子加密技术的4种算法，可以抵御量子计算机的攻击

量子信息技术军事化面临的风险

技术是一把双刃剑，在造福于人类的同时也会引发相关风险。美军方在利用量子信息技术强化军事优势的同时也势必面临诸多风险。

情报窃取与隐私泄露风险传统的信息加密算法难以抵御量子计算机的破解攻击，美军方对量子信息技术的管理和使用不当可能引发系统性危机，从而对全球网络安全带来巨大的威胁。量子解密算法、量子传感器和量子雷达的不当使用可能导致隐私数据的泄露，使得整个社会面临被“窥视”的风险。

依赖性风险量子信息技术的军事化应用需要庞大的基础设施和复杂的技术支持。美军方若过度依赖量子信息技术，一旦遭遇供应链中断、技术故障等突发事件，其军事能力将遭受严重影响。

技术成熟度风险尽管美军方在量子信息技术军事化进程中取得了较大进展，但目前的量子计算机仍处于相对脆弱的状态，在实际军事应用中仍面临可靠性和稳定性无法确保的风险。

地缘冲突加剧风险美国在量子信息技术军事化进程中获取的军事优势将触发世界各国在量子信息技术领域的竞争，进而导致新的军备竞赛，从而加剧地缘政治紧张局势。

国际法缺失风险基于量子技术的网络攻击可能会被视为一种战争行为，需要考虑如何规范和约束这些行为，现有的国际法缺乏规范和约束量子信息技术在国与国之间滥用问题。

伦理和道德风险量子信息技术加载的武器装备将具备更大的作用范围、更隐蔽的使用手段和更具破坏性和致命性的作战效果，这将引发如何规范量子武器的研发和使用符合伦理和道德的争议。

结语

量子信息技术作为新一代颠覆性技术被视为未来科技领域的重要突破口，基于“技术制胜”战略传统的美军方自始至终高度重视量子信息技术的研发和在军事领域的落地。受益于长期的投入和深耕，美军方在量子计算、量子通信、量子传感等重点关注方向取得了领先的军事优势，但也对国际安全、隐私保护等诸多方面造成潜在危害，引发地缘冲突加剧的风险。在美国持续推进量子技术军事化的背景下，国家应加大在量子信息技术领域的研发力度，积极参与国际合作，构建起量子信息技术领域的核心竞争力，推进实践创新，有针对性地加强量子信息技术在军事领域的应用，维护国家安全。