スウェーデン王立科学アカデミーが受賞 アランアスペクト, ジョン・F・クラウザー、アントン・ザイリンガー 2022 年ノーベル物理学賞を受賞 「絡み合った光子を使った実験、ベルの不等式の破れの確立、量子情報科学の先駆者」.
量子コンピューターや安全な量子暗号通信などの分野で研究がますます進んでおり、量子力学がどう変わるかが転機となる1 (MQ) XNUMX つ以上の粒子がいわゆる状態で存在できるようにします。 もつれた。 絡み合ったペアの粒子の XNUMX つに何が起こるかによって、それらが非常に離れていても、他の粒子に何が起こるかが決まります。
量子テクノロジーは軍民両用のテクノロジーであるため、防衛およびセキュリティ業界、軍事および政府機関の関心を集めています。 軍事アプリケーション向けの量子技術は、新しい機能を導入し、有効性と精度を向上させ、「量子戦争」につながります。2. 量子技術は、根本的に新しい兵器や自律的な軍事システムをもたらすわけではありませんが、現在および将来の軍事技術の測定能力、検出、精度、計算能力、および効率を大幅に向上させます。
しかし、量子物理学の研究から派生した技術の将来の可能なアプリケーションは何ですか?
確かなことは、量子力学を完全に理解することは、非常に単純な作業ではないということです。 「重大な概念的および形式的な障害を提示し、非常に疲れる可能性のある考え方、想像、および推論の方法の変更を必要とします。」3 普段は意識していませんが、QMから派生した技術は目の前にあります。 第一世代の量子技術の例は、半導体とトランジスタです。 現在、重ね合わせに関する高度な研究により、 もつれ 二代目が進行中
ここでは、「単純な」言葉で複雑な概念を表現することに成功することを期待して、量子力学とそれらをサポートする高度な数学概念の基本的ではありますが、いくつかの概念をたどって公開する魅力を奪い、かなり複雑なテーマにアプローチしようとします.
量子力学は、特に微視的現象、つまり原子スケールで発生する現象に関して、そのすべての側面で物質と放射線を説明していると言えます。 量子法則は決定論的ではなく、確率論的です。 つまり、物理システムの進化で発生するイベントを予測することはできませんが、さまざまなイベントが発生する確率のみを予測できます。
この確率論的アプローチにより、量子技術の根底にある量子粒子のいくつかの重要な特性、特に「重ね合わせ」と「エンタングルメント 量子センシング、量子コンピューティング、量子コンピューティングなどの次世代技術の開発を刺激します。
防衛とセキュリティの文脈で、量子力学で実施された研究から派生したいくつかのアプリケーションを非常に簡単に分析します。
量子センサーは、たとえば異なるエネルギー状態にある電子の違いを基本単位として、物質の量子的性質を利用することで、極めて高いレベルの精度を実現します。 潜水艦や航空機の検出に使用できます ステルス また、量子 PNT デバイス (測位、ナビゲーション、およびタイミング デバイス) を使用して、GPS などの外部参照を必要とせずにナビゲーションを可能にします。
量子技術は私を改善することができます ポジショニング、ナビゲーション、およびタイミング システム (PNT)、特に慣性航法。 量子の利点は、GPS の動作環境で明らかになり、正確な操作を実行できるようになります。
現在の GNSS (全地球航法衛星システム) は、地球上で最も安定した原子時計によって修正される個々の衛星の複数の原子時計によって提供される正確なタイミングに依存しています。 量子時計の精度が高いほど、測位とナビゲーションの精度も向上します。 GNSS 技術は、 ジャミング 地下または海底環境では、まったく利用できません。 解決策はそこにあります 慣性航法. 従来の慣性航法の問題点は、時間の経過とともに精度が低下することです (船と潜水艦では 1,8 km/日、軍用機では 1,5 km/時間のドリフト)。 現代の軍隊では、戦場での運用を改善するために、可能な限り正確な測定値を取得することが不可欠です。 量子水中戦では、潜水艦は、量子光検出器、レーダー、ライダー、または重力ベースの検出を適用することにより、潜水艦または潜水艦鉱山を検出するための主要なツールとして量子磁力計を採用することにより、量子慣性航法を採用する最初のものになる可能性があります。
別のフィールドは、イメージング に使用できる量子レーダーなどのアプリケーションを提供する量子。 宇宙戦争. 量子レーダーの理論上の利点と特徴は、抵抗が大きいことです ジャミング およびその他の電子戦対策。 出力信号強度が非常に低いため、電子戦対策には見えません。 高コストに加えて、ステルス ターゲットの検出や妨害耐性については懐疑的な見方が残っています。.
業界の他のアプリケーションは、光学または準光学光子を使用する量子ライダーに関連しており、アンチドローン監視レーダーを操作することによって、または複合施設の一部として、短距離でのターゲット照明に使用できます。 短距離防空.
量子コンピューティングは、いわゆる「量子の脅威」をもたらします。軍隊で知られているように、安全な通信と情報は最も重要です。 ノーベル賞受賞者のツァイリンガーは、 量子テレポーテーション これにより、距離を置いて効果的に情報を送信できます。
古典的な情報科学では、情報の基本ベクトルは、0 または 1 しか取り得ないビットです。量子情報の基本ベクトルは、量子ビット (qubit) です。 量子ビットは | 0⟩ | 0⟩ または | 1⟩ | 1⟩4、または状態の任意の複雑な線形結合 | 0⟩ | 0⟩ と | 1⟩ | 量子重ね合わせと呼ばれる1°。 他の重要なプロパティは、量子エンタングルメント. これは、XNUMX つ以上のキュービット間の強い相関関係を指します。
従来のコンピューターは 0 進数 (1 または XNUMX) を使用して計算を実行しますが、量子コンピューターはキュービットを使用して情報を表現します。キュービットは同時に両方の状態になることができ、物理的に接続されていなくても相互に影響を与えることができます。 その他の違いはCD 干渉する つまり、qbits の可能性 絡み合って つまり、互いに絡み合い、それらの間に密接な相関関係が生じます。
L'エンタングルメント 世界規模で共有されることにより、量子コンピューターが連携して、今日のスーパーコンピューターではアクセスできない複雑な問題を解決できるようになります
前述のように、Zeilinger は個々の量子ビットの状態のテレポーテーションを実証し、共有エンタングルメントを共有秘密鍵に変換して、量子物理学の法則が真実であるという事実からセキュリティの約束が得られる安全な通信を可能にする方法も示しました。 量子コンピューターは、同時にかなりの量の計算を実行できるため、「整数の因数分解。これにより、最も一般的に使用されている IT セキュリティ プロトコルの解読が可能になります。 量子ネットワーク 「それらは、敵対者が量子コンピューターを攻撃した場合でも、情報の安全な送信を可能にする本質的に安全な通信メカニズムを約束します。」
量子通信の最初のアプリケーションは呼ばれます 量子鍵配送 (QKD) は、暗号鍵の交換に量子粒子を使用します。 QKD では、実際のデータは通常のビットを使用して従来の通信インフラストラクチャを介して送信されますが、データを復号化するために必要な暗号化キーは、量子粒子を使用して個別に送信されます。 防御に関しては、MDI-QKD や量子中継器を使った長距離通信が可能になると、この技術は興味深いものになるでしょう。 現在、信頼性の高いリピータを使用する基本的な商用技術が利用可能です。 QKD に加えて、量子ネットワークは、宇宙、特殊部隊、海軍、陸上資源間の安全な量子直接通信 (QSDC) に使用できます。
もう一つのアプリケーションは、 量子暗号 アクセスされる情報は、特定の軍事基地からのみの軍事衛星との通信など、特定の地理的位置からのみ利用可能になります。
軍事技術には、産業用または公共用アプリケーションよりも厳しい要件があります。 量子技術は、現代の戦争のすべての領域に影響を与える可能性があります。 第 XNUMX の量子革命は、新しいタイプの兵器につながるのではなく、感度と効率を向上させ、新しい能力を導入し、現代の戦争技術を洗練させます。 多くのアプリケーションは現実的というよりも理論的なものであり、実験室の進歩が常に同じ成功を収めているとは限らないことを忘れないでください.
1 量子戦争は、戦争のすべてのドメインのインテリジェンス、セキュリティ、防衛能力に影響を与える軍事アプリケーションに量子技術を使用する戦争であり、新しい軍事戦略、ドクトリン、シナリオ、平和、および倫理的問題を導入します。
2 DJグリフィス 「量子力学入門」"; G.ナルドゥリ 「量子力学vol. 1 - 2 "
3 U.ベッソン 「物理学の教訓」
4 ブラケット記法またはディラック形式。
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