חברות כמו Vector Atomic ו-Infleqtion מסייעות לצבא לרתום טכנולוגיות קוונטיות לפיתוח חישה תת קרקעית, תקשורת מאובטחת וחלופות ל-GPS.
By ג'רמי בוגאיסקי
Ifבלון ריגול צף גבוה מעל ארה"ב היא דוגמה למלחמת טכנולוגיה מהמאה ה-19, חשבו על הקוונטים כעל העתיד הקרוב.
הפנטגון חיפש במשך שנים דרכים חדשות להשתמש בפיזיקה קוונטית כדי לנהל מלחמה, בין אם זה פיתוח מחשבים חזקים יותר, עצירת GPS, חיזוק אבטחת התקשורת או יצירת אמצעי מעקב שיוכלו לזהות טוב יותר צוללות טבולות ובונקרים תת-קרקעיים. יש דחיפות: גם סין משקיעה רבות בקידום היכולות הללו.
קחו למשל GPS. במקרה של סכסוך מזוין בין ארה"ב לסין, אחד הדברים הראשונים ששני הצדדים יתמקדו בו יהיה מערכת המיקום הגלובלית של המדינה האחרת. תארו לעצמכם את הכאוס על הקרקע ואת הבלבול בשמיים בלעדיו.
חוקרים מפתחים מערכות ניווט משופרות קוונטיות שיאפשרו לספינות ולמטוסים להישאר במסלול במקרה של הפסקת GPS, כמו גם להנחות טילים למטרותיהם בצורה מדויקת יותר. חלק מזה כרוך ביצירת שעונים אטומיים מדויקים יותר, מכיוון ש-GPS הוא בלב מערכת תזמון - חישוב הפרש הזמן בין לוויינים למקלטים על הקרקע. הטכנולוגיה תהיה מוכנה תוך חמש שנים, אמר מייקל היידוק, סגן מנהל מעבדת המחקר של חיל האוויר.
"זה ישנה את העולם בדרכים מדהימות למדי, ואתה לא צריך לחכות יותר מדי בשביל זה", אמר וויליאם קלארק, פיזיקאי וסגן נשיא ב-Infleqtion, סטארט-אפ שהוא אחד המובילים בתחום. פורבס.
מוכן או לא
הערכת משרד ההגנה לגבי המוכנות וההשפעה הצבאית הצפויה של מגוון טכנולוגיות קוונטיות.
במירוץ הטכנולוגי שלו עם סין, הפנטגון הגביר את הוצאות המחקר והפיתוח בתחומים רבים, כולל מדעי הקוונטים. לסוכנויות הממשלתיות היו 918 מיליון דולר להוציא על מו"פ קוונטי בשנת הכספים 2022, לעומת 449 מיליון דולר ב-2019, כאשר בין המממנים העיקריים היו מעבדת המחקר של חיל האוויר, הסוכנות לפרויקטי מחקר מתקדמים בהגנה והמשרד למחקר ימי. התרומות שלהם נוספו על ידי כמויות הולכות וגדלות של הון סיכון. חברות סטארט-אפ קוונטיות בארה"ב ספגו מימון של 870 מיליון דולר ב-2022, לפי Pitchbook, כמעט פי שניים ב-2020.
רוב ההתמקדות הייתה בפיתוח מחשבים קוונטיים. בעוד שהמחשוב הקלאסי מבוסס על "סיביות" שהן אחד או אפס, מחשוב קוונטי משתמש בחלקיקים תת-אטומיים בתור "קיוביטים". בשל התופעה הקוונטית של סופרפוזיציה, קיוביטים יכולים להיות אחד ואפס בו זמנית, או פרופורציות ביניהם, מה שיכול לאפשר להשתמש בהם כדי לפתור במהירות בעיות מורכבות שאינן בהישג ידן של המכונות הנוכחיות.
מחשבים קוונטיים שימושיים עשויים להיות במרחק של עשור או יותר, אבל חלק מהמחקר הבסיסי בשליטה על אטומים ופוטונים בודדים נמצא על סף שימוש לייצור חיישנים מדויקים יותר, כולל כאלה שעוקבים אחר תנועה, כמו מדי תאוצה וג'ירוסקופים, כמו כמו גם מכשירים המזהים שינויים קטנים בכוח הכבידה ושדות מגנטיים.
קפיצה קוונטית
הצבא בוחן מגוון יישומים לטכנולוגיה קוונטית.
דוחות בשנת 2017 של פריצת דרך סינית בתחום המגנומטריה הקוונטית העלתה ספקולציות כי היא עשויה להיות מסוגלת לפרוס רשת מוטסת של מכשירים כדי לזהות צוללות תת-מימיות ממרחק של קילומטרים. מומחים רבים סקפטיים, אך בטווח הארוך צפוי כי מדי כבידה קוונטיים ומגנומטרים יוכלו למפות בצורה מדויקת יותר מאפיינים תת קרקעיים כמו מרבצי נפט ומינרלים, שולחנות מים, בונקרים ומנהרות.
קריפטוגרפיה
האיום של פריצות דרך של סין בתחום המחשוב הקוונטי כבר משפיע על אבטחת הסייבר. מקורבים לביטחון לאומי אומרים שסין ומדינות עוינות אחרות כן איסוף תקשורת מוצפנת ונתונים רגישים אחרים מארה"ב ואחסוןם עד ליום שבו מחשבים קוונטיים חזקים מספיק כדי לפצח את ההצפנה שלהם.
בשנה שעברה, מינהל ביידן והקונגרס נקטו צעדים כדי לדחוף סוכנויות ממשלתיות לעבור לשיטות הצפנה "פוסט-קוונטיות" חדשות, שלדעתן אינן ניתנות לחדירה למחשבים קוונטיים.
סין נוקטת גישה שונה ויקרה יותר לאיום של פיצוח קוד קוונטי. המדינה פיתחה רשתות של אלפי קילומטרים של כבלים סיבים אופטיים המחברים בין ערים גדולות שמפיצות מפתחות קוונטיים אקראיים באמצעות פוטונים לתקשורת מאובטחת. בשל אופייה של מכניקת הקוונטים, מאמינים שכל ניסיון לצותת לרשת כזו ישנה את הפוטונים, ויזהיר את המשתמשים. סין היא גם המדינה הראשונה שהדגימה הפצת מפתח קוונטי באמצעות לוויין.
בכוח המאמצים הללו, סין קדמה את ארה"ב בתקשורת קוונטית, א מחקר RAND סיכם בשנה שעברה. ארה"ב מובילה בתחום המחשוב הקוונטי, בעוד שלא ברור אם לאף אחת מהן יש יתרון בחישה, כתבו חוקרי RAND.
תזמון וניווט
הדור הנוכחי של GPS לווייני יכול להעריך מיקומים בטווח של שלושה מטרים בלבד. פיזיקה קוונטית תאפשר דיוק רב יותר.
במעבדות, מדענים פיתחו שעונים אטומיים מדויקים יותר בגודל חדר המבוססים על לייזרים אופטיים שיאבדו שנייה אחרי מיליארדי שנים. Vector Atomic נמנית עם קומץ חברות שעובדות על פיתוח שעונים קטנים וקשוחים יותר לשימוש יומיומי בשטח, תוך מסחר בביצועים החדשניים של פריצות דרך במעבדה עבור אמינות ומעשיות.
בקיץ שעבר בתרגילי הצי הרב-לאומיים Rim of the Pacific (RIMPAC), הסטארט-אפ שבסיסו בקליפורניה אמר שהוא הדגים שעונים אופטיים נישאים בספינות באריזה קומפקטית יחסית של 40 ליטר שנסחף מדיוק ב-10 טריליון שניות לאחר כשעה. שעוני GPS לווייניים נוכחיים נסחפים כל כך הרבה אחרי 20 שניות.
לשיפור מסוג זה יכול להיות יתרונות רבים. GPS יישאר מדויק עם עדכונים פחות תכופים לשעונים מבוססי לוויין מהקרקע. בשילוב עם לוויינים במסלול נמוך של כדור הארץ, שיקרבו את אותות ה-GPS, תזמון מדויק יותר ישפר את הדיוק עד לסנטימטרים. זה אומר, למשל, ש-GPS יכול להחזיק כלי רכב ללא נהג בנתיבים שלהם.
תזמון טוב יותר יאפשר גם שימוש יעיל יותר ברשתות סלולריות ורשתות אלחוטיות אחרות, ויארוז יותר משתמשים בספקטרום שנחשב כיום צפוף מאוד.
ניתן לשים שעונים אטומיים ניידים על מטוסים או כלי רכב יבשתיים. זה יאפשר לכוחות אמריקאים להקים רשתות GPS מקומיות זמניות סביב שדות קרב עם אותות תקשורת שיהיו חזקים מכדי לשבש, בעוד שארה"ב תקעה מערכות ניווט מבוססות חלל של האויב, אמר מנכ"ל Vector Atomic, ג'מיל אבו-שייר, שניהל תוכניות קוונטיות ב-DARPA מ-2010 עד 2014.
החברה, שלא לקחה מימון סיכון בזמן שצברה מעל 50 מיליון דולר של חוזי מחקר ממשלתיים, עובדת על פרויקטים עם הצי ו-DARPA כדי לכווץ את השעונים שלה כך שהם יהיו קטנים יותר ממטען יד.
כמו כן ב-RIMPAC, Vector Atomic הדגים מד כבידה קוונטי קומפקטי בשילוב עם מערכת ניווט אינרציאלית סטנדרטית שמבטיחה לאפשר לספינות חיל הים לנווט ללא GPS. המכשיר מודד שינויים זעירים בחוזק הכבידה המקומי עקב שינויים בשטח התת-ימי. על ידי השוואת המדידות עם מפת כבידה, המכשיר הצליח לתקן סחיפה במערכת הניווט האינרציאלית של הספינה כדי לתקן במדויק את מיקום כלי השיט במשך שלושה שבועות של שימוש, אמר אבו-שייר.
החברה מאמינה שתוך שנתיים-שלוש היא תוכל להתחיל למסחר גרסה חסכונית באנרגיה קטנה מספיק כדי להיכנס לתא מטען של מכונית.
מספר חברות אחרות עובדות על חיישני אינרציה קוונטיים, כולל Q-CTRL מבוסס אוסטרליה, שמתכננת הדגמה בשטח באמצע 2023 של מערכת ניווט מותאמת קוונטית עם שותף Advanced Navigation. Infleqtion מבוסס קולורדו היא חלק מפרויקט בבריטניה לפיתוח מערכת מיקום קוונטית עבור כלי רכב בודדים. גירוסקופ קוונטי שהחברה בונה עבור היוזמה ייבחן ב-2024.
תקשורת
במימון DARPA, Infleqtion, ששינתה בשנה שעברה את שמה מ-ColdQuanta, מפתחת גם מקלטי רדיו קוונטיים שיחליפו צלחות לווין. ניתן לכוון אותם לתדרים על פני הספקטרום, החל מרצועות ה-HF וה-UHF המשמשות את מכשירי הרדיו הטקטיים הצבאיים ועד לרצועת K המשמשת את רשת הפס הרחב הלוויין Starlink של SpaceX. הטכנולוגיה תאפשר למכשיר אחד להחליף את מה שעושה היום עשרה ערכות מקלטים שונות, אמר קלארק.
עד 2025, החברה מתכננת להדגים מקלט שישה פסים בגודל כיס עם לייזרים ואלקטרוניקה אחורית מצטמצם לגודל של קופסת נעליים קטנה.
בהמשך, אמר קלארק שטכנולוגיה דומה עשויה לשמש ליצירת משדר רב-פס הניתן לכיוון. "זה יהיה הגביע הקדוש," אמר פורבס. "זה יהיה כמו מקשר בין מסע בין כוכבים שלך, שידור וקליט מלא במכשיר קטן."
תַחֲרוּת
בעוד שברית המועצות ייצרה כמה מגדולי הפיזיקאים התיאורטיים של המאה ה-20, אין הרבה סימנים לכך שרוסיה מפתחת כיום טכנולוגיות קוונטיות משמעותיות, אמר חוקר RAND אדוארד פרקר פורבס.
עבודתה של סין בטכנולוגיה קוונטית מתרכזת במעבדות לאומיות גדולות. זה עשוי להעמיד אותו בעמדת נחיתות במסחור חיישנים קוונטיים בהשוואה לארה"ב, עם מערך החברות הפרטיות שלה, אמר פרקר.
"ההתקדמות האמיתית בחישה קוונטית שתעשה כעת היא לא בהכרח עבודת מעבדה או עבודה אקדמית, אלא בהגשתה לשדה", אמר פרקר. "לא ברור לי אם יש להם את התשתית של המגזר הפרטי לעשות סוג כזה של עבודה מטופשת".
יותר מכדי לפספס
מקור: https://www.forbes.com/sites/jeremybogaisky/2023/02/13/the-spy-balloon-is-just-the-start-venture-capital-joins-pentagon-in-spending-big- לסכל-סין-במלחמת-טק קוונטית/