Aziende come Vector Atomic e Infleqtion stanno aiutando i militari a sfruttare le tecnologie quantistiche per sviluppare sensori sotterranei, comunicazioni sicure e alternative al GPS.
By Jeremy Bogaisky
Ifun pallone spia che galleggia in alto sopra gli Stati Uniti c'è un esempio di una guerra tecnologica del 19° secolo, pensa al quantico come al prossimo futuro.
Il Pentagono ha cercato per anni nuovi modi per usare la fisica quantistica per fare la guerra, che si tratti di sviluppare computer più potenti, sostenere il GPS, rafforzare la sicurezza delle comunicazioni o creare mezzi di sorveglianza in grado di rilevare meglio sottomarini sommersi e bunker sotterranei. C'è urgenza: anche la Cina sta investendo molto per promuovere queste capacità.
Prendi il GPS, per esempio. In caso di conflitto armato tra Stati Uniti e Cina, una delle prime cose che entrambe le parti prenderebbero di mira sarebbe il sistema di posizionamento globale dell'altro paese. Immagina il caos a terra e la confusione nel cielo senza di essa.
I ricercatori stanno sviluppando sistemi di navigazione quantistici che consentirebbero a navi e aerei di mantenere la rotta in caso di interruzione del GPS, oltre a guidare i missili verso i loro obiettivi in modo più accurato. Parte di ciò comporta la creazione di orologi atomici più accurati, poiché il GPS è fondamentalmente un sistema di temporizzazione, che calcola la differenza di tempo tra i satelliti e i ricevitori a terra. La tecnologia sarà pronta entro cinque anni, ha affermato Michael Hayduk, vicedirettore dell'Air Force Research Laboratory.
"Questo cambierà il mondo in modi piuttosto straordinari, e non dovrai aspettare troppo a lungo", ha detto William Clark, fisico e vicepresidente di Infleqtion, una startup che è uno dei leader nel settore Forbes.
PRONTI O MENO
La valutazione del Dipartimento della Difesa della prontezza e dell'impatto militare previsto di una gamma di tecnologie quantistiche.
Nella sua corsa tecnologica con la Cina, il Pentagono ha aumentato la spesa per la ricerca e lo sviluppo in molte aree, comprese le scienze quantistiche. Le agenzie governative avevano 918 milioni di dollari da spendere in ricerca e sviluppo quantistico nell'anno fiscale 2022, rispetto ai 449 milioni di dollari del 2019, con l'Air Force Research Laboratory, la Defense Advanced Research Projects Agency e l'Office of Naval Research tra i principali finanziatori. I loro contributi sono stati integrati da importi crescenti di capitale di rischio. Le startup quantistiche statunitensi hanno assorbito 870 milioni di dollari di finanziamenti nel 2022, secondo Pitchbook, quasi il doppio del 2020.
La maggior parte dell'attenzione si è concentrata sullo sviluppo di computer quantistici. Mentre il calcolo classico si basa su "bit" che sono uno o zero, il calcolo quantistico utilizza particelle subatomiche come "qubit". A causa del fenomeno quantistico della sovrapposizione, i qubit possono essere uno e zero allo stesso tempo, o proporzioni intermedie, che potrebbero consentire loro di essere utilizzati per risolvere rapidamente problemi complessi che sono fuori dalla portata delle macchine attuali.
Ci vorrà un decennio o più per utili computer quantistici, ma alcune delle ricerche sottostanti sul controllo di singoli atomi e fotoni stanno per essere utilizzate per realizzare sensori più accurati, compresi quelli che tracciano il movimento, come accelerometri e giroscopi, come nonché dispositivi che rilevano piccoli cambiamenti nella forza di gravità e nei campi magnetici.
QUANTO SALTO
I militari stanno esaminando una serie di applicazioni per la tecnologia quantistica.
Rapporti nel 2017 di una svolta cinese nella magnetometria quantistica ha sollevato la speculazione che potrebbe essere in grado di dispiegare una rete aerea di dispositivi per rilevare sottomarini sottomarini a miglia di distanza. Molti esperti sono scettici, ma a lungo termine si prevede che gravimetri e magnetometri quantistici saranno in grado di mappare in modo più accurato le caratteristiche del sottosuolo come depositi di petrolio e minerali, falde acquifere, bunker e tunnel.
Crittografia
La minaccia di progressi da parte della Cina nell'informatica quantistica sta già avendo un impatto sulla sicurezza informatica. Gli addetti alla sicurezza nazionale affermano che la Cina e altri paesi ostili lo sono raccolta di comunicazioni crittografate e altri dati sensibili dagli Stati Uniti e archiviarli fino al giorno in cui i computer quantistici saranno abbastanza potenti da decifrare la loro crittografia.
L'anno scorso, l'amministrazione e il Congresso Biden hanno adottato misure per spingere le agenzie governative a passare a nuovi metodi crittografici "post-quantistici" che si ritiene siano inespugnabili per i computer quantistici.
La Cina sta prendendo una strada diversa e più costosa nei confronti della minaccia del cracking del codice quantistico. Il paese ha sviluppato reti di migliaia di chilometri di cavi in fibra ottica che collegano le principali città che distribuiscono chiavi quantistiche casuali tramite fotoni per proteggere le comunicazioni. A causa della natura della meccanica quantistica, si ritiene che qualsiasi tentativo di intercettare una tale rete altererebbe i fotoni, allertando gli utenti. La Cina è anche il primo paese a dimostrare la distribuzione di chiavi quantistiche via satellite.
Sulla base di questi sforzi, la Cina ha superato gli Stati Uniti nelle comunicazioni quantistiche, a Studio RAND concluso lo scorso anno. Gli Stati Uniti sono all'avanguardia nel calcolo quantistico, mentre non è chiaro se uno dei due abbia un vantaggio nel rilevamento, hanno scritto i ricercatori di RAND.
Cronometraggio e navigazione
L'attuale generazione di GPS satellitare può solo stimare le posizioni entro tre metri. La fisica quantistica consentirebbe una maggiore precisione.
Nei laboratori, gli scienziati hanno sviluppato orologi atomici delle dimensioni di una stanza più accurati basati su laser ottici che perderebbero un secondo dopo miliardi di anni. Vector Atomic fa parte di una manciata di aziende che lavorano allo sviluppo di orologi più piccoli e robusti per l'uso quotidiano sul campo, scambiando le prestazioni all'avanguardia delle scoperte di laboratorio con affidabilità e praticità.
La scorsa estate alle esercitazioni navali multinazionali Rim of the Pacific (RIMPAC), la startup con sede in California ha dichiarato di aver dimostrato orologi ottici a bordo di navi in un pacchetto relativamente compatto da 40 litri che si discostava dalla precisione di 10 trilionesimi di secondo dopo circa un'ora. Gli attuali orologi GPS satellitari si spostano così tanto dopo 20 secondi.
Questo tipo di miglioramento potrebbe avere una moltitudine di vantaggi. Il GPS rimarrebbe accurato con aggiornamenti meno frequenti degli orologi satellitari da terra. Accoppiato con satelliti in orbita terrestre bassa, che avvicinerebbero i segnali GPS, un tempismo più preciso migliorerebbe la precisione fino a pochi centimetri. Ciò significherebbe, ad esempio, che il GPS potrebbe mantenere i veicoli senza conducente nelle loro corsie.
Una tempistica migliore consentirebbe anche un uso più efficiente delle reti cellulari e di altre reti wireless, raggruppando più utenti in uno spettro attualmente considerato altamente congestionato.
Gli orologi atomici portatili potrebbero essere montati su aerei o veicoli terrestri. Consentirebbe alle forze americane di erigere reti GPS locali temporanee attorno ai campi di battaglia con segnali di comunicazione che sarebbero troppo forti per essere interrotti, mentre gli Stati Uniti bloccano i sistemi di navigazione spaziale nemici, ha affermato il CEO di Vector Atomic Jamil Abo-Shaeer, che ha gestito i programmi quantistici alla DARPA dal 2010 al 2014.
La società, che non ha preso finanziamenti di rischio pur accumulando oltre $ 50 milioni di contratti di ricerca governativi, sta lavorando a progetti con la Marina e DARPA per ridurre i suoi orologi in modo che siano più piccoli del bagaglio a mano.
Sempre al RIMPAC, Vector Atomic ha dimostrato un gravimetro quantistico compatto abbinato a un sistema di navigazione inerziale standard che promette di consentire alle navi militari di navigare senza GPS. Il dispositivo misura minuscoli cambiamenti nella forza di gravità locale dovuti alle variazioni del terreno sottomarino. Confrontando le misurazioni con una mappa gravitazionale, il dispositivo è stato in grado di correggere la deriva nel sistema di navigazione inerziale della nave per fissare con precisione la posizione della nave in tre settimane di utilizzo, ha affermato Abo-Shaeer.
L'azienda ritiene che tra due o tre anni sarà in grado di iniziare a commercializzare una versione ad alta efficienza energetica abbastanza piccola da stare nel bagagliaio di un'auto.
Diverse altre aziende stanno lavorando su sensori inerziali quantistici, tra cui Q-CTRL con sede in Australia, che sta pianificando una dimostrazione sul campo a metà del 2023 di un sistema di navigazione abilitato ai quanti con il partner Advanced Navigation. Infleqtion, con sede in Colorado, fa parte di un progetto nel Regno Unito per sviluppare un sistema di posizionamento quantistico per i singoli veicoli. Un giroscopio quantistico che l'azienda sta costruendo per l'iniziativa sarà testato in volo nel 2024.
Comunicazioni
Con il finanziamento DARPA, Infleqtion, che lo scorso anno ha cambiato nome da ColdQuanta, sta anche sviluppando ricevitori radio quantistici per sostituire le antenne paraboliche. Possono essere sintonizzati su frequenze in tutto lo spettro, dalle bande HF e UHF utilizzate dalle radio tattiche militari alla banda K utilizzata dalla rete a banda larga satellitare Starlink di SpaceX. La tecnologia consentirà a un dispositivo di sostituire ciò che fanno oggi dieci diversi set di ricevitori, ha affermato Clark.
Entro il 2025, la società prevede di presentare un ricevitore a sei bande tascabile con laser ed elettronica di back-end ridotto alle dimensioni di una piccola scatola da scarpe.
Più avanti, Clark ha affermato che una tecnologia simile potrebbe essere utilizzata per creare un trasmettitore multibanda sintonizzabile. "Sarebbe il Santo Graal", ha detto Forbes. "Sarebbe come il tuo comunicatore di Star Trek, trasmissione e ricezione complete in un piccolo dispositivo."
Concorrenza
Mentre l'Unione Sovietica ha prodotto alcuni dei più grandi fisici teorici del 20° secolo, non ci sono molti segni che la Russia stia sviluppando tecnologie quantistiche significative oggi, ha detto il ricercatore di RAND Edward Parker Forbes.
Il lavoro della Cina nella tecnologia quantistica è concentrato nei grandi laboratori nazionali. Ciò potrebbe metterlo in una posizione di svantaggio nella commercializzazione di sensori quantistici rispetto agli Stati Uniti, con la sua gamma di società private, ha affermato Parker.
"Il vero progresso nel rilevamento quantistico da fare ora non è necessariamente il lavoro di laboratorio o il lavoro accademico, ma nel renderlo disponibile sul campo", ha detto Parker. "Non mi è chiaro se dispongano dell'infrastruttura del settore privato per svolgere quel tipo di lavoro essenziale".
ALTRO DA FORBES
Fonte: https://www.forbes.com/sites/jeremybogaisky/2023/02/13/the-spy-balloon-is-just-the-start-venture-capital-joins-pentagon-in-spending-big- contrastare-la-cina-nella-guerra-tecnologica-quantistica/