量子技术有可能极大地影响人类活动的许多领域，对于国防部门来说尤其如此。量子技术可以影响现代战争的所有领域。第二次量子革命将提高灵敏度和效率，引入新的能力，提高现代战争技术，而不是发展新型武器。
以下文字描述了量子技术在现代战争不同方面的军事、安全、太空和智能应用，它还提到了可能表明量子技术能力和性能的工业应用，特别是在没有军事应用公开信息的情况下。
图1 利用各种量子技术系统的量子战争示意图
重要的是要注意到，许多应用仍然是理论多于现实。在实验室中取得的重大量子进展并不总是导致实验室外的类似进展。从实验室到实际部署的转移还涉及其他方面，如便携性、灵敏度、分辨率、速度、鲁棒性、低SWaP(尺寸、重量和功率)和成本，以及工作的实验室原型。量子技术的实用性和成本效益将决定是否被制造和部署特定的量子技术。
将量子技术整合到军事平台中更具挑战性。除了与民用类似的主要位于数据中心的量子计算机之外，量子传感、成像和网络的集成和部署还面临着军事用途需求增加带来的若干挑战(与民用/工业或科学需求相比)。例如，精确导航的军事级要求需要快速的测量速率，这对于当前的量子惯性传感器来说是非常有限的。
此外，这个领域仍然非常年轻，新的技术惊喜，无论是好的还是坏的，都可能带来其他量子优势或劣势。
5.1 量子网络安全
关键点：
- 量子密码灵活性实现的必要性。
- 想要利用Shor算法的操作应该在量子安全加密部署之前开始收集感兴趣的数据。
- QKD的实施需要仔细考虑。
- QKD端点将是系统中最薄弱的部分。
网络战中的量子优势可以为当前的非对称加密（基于整数分解、离散对数或椭圆曲线离散对数问题）以及理论上的对称加密提供新的、但非常有效（具有指数加速）的攻击向量。另一方面是新的量子弹性加密算法和方法，以及量子密钥分发。有关概述，请参见[157–160]。
当前的趋势也是机器学习或人工智能在网络战中的发展和应用[161]。有关量化机会的更多详细信息，请参见第5.2节。
5.1.1 量子防御能力
后量子密码的实现是“必备”技术，应该尽快实施。敌对情报正在收集加密数据，并期望未来使用量子计算机的能力进行解密，这种风险是真实的、高风险的，而且是存在的[162]，这适用于军事、情报和政府部门，以及交换或存储机密和机密数据的行业或学术界。当前的趋势是，当经过认证（标准化）的后量子加密技术准备好部署时，开始准备实施量子加密灵活性的基础设施[90，156]。
新的量子弹性算法不仅可以提供一种即使对量子计算机来说也足够困难的新数学方法，还可以提供一种处理加密数据的新范式。例如，全同态加密(fully homomorphic encryptio，FHE)允许数据永远不会被解密——即使它们正在被处理[163]。虽然安全应用，如基因组数据、医疗记录或财务信息是最受关注的，但情报、军事或政府方面的应用也是显而易见的。因此，FHE是基于云的量子计算的良好候选方法，以确保安全的云量子计算[164]。
请注意，后量子密码应在物联网(IoT)或军事物联网(IoMT)[165]中实施，作为一个快速增长的领域，存在许多潜在的安全漏洞，有关物联网后量子密码的概述，请参见[166]。
量子密钥分发(QKD)[160，167，168]是另一个新功能，它允许在数学上证明安全性的情况下进行安全的加密密钥交换。虽然不可能窃听量子数据(密钥)的量子载体，但是由于硬件或软件实现不完善，可以在终端节点和可信中继器处发现弱点。另一个问题是成本，如果解决方案是基于光纤或利用量子卫星，则独立考虑量子数据吞吐量、安全性和非量子替代方案。QKD解决方案似乎在欧盟更受欢迎[169]，而后量子加密解决方案在美国更受欢迎[170]。
最后一个注意事项指的是量子随机数发生器（QRNG）。QRNG提高了安全性[171]并拒绝对伪随机数发生器的攻击[172]。
5.1.2 量子攻击能力
借助Shor基于量子密码分析的公钥加密算法(PKE)，例如RSA、DH、ECC，攻击者可以解密之前收集的加密数据。没有准确的预测所谓的“Q-Day”，即量子计算机破解2048位RSA加密的那一天，会在什么时候发生。然而，普遍的看法是，这将需要大约10-15年的时间(基于2017年的一项调查)[173]。由于Simon算法和叠加查询，类似的威胁适用于大多数消息认证码(MAC)和关联数据认证加密(AEAD)，如HMAC-CBC和AES-GCM。
人们不得不假设这样的进攻行动已经存在，或者正在进行密集的研究。10年后，最敏感的通信或感兴趣的主题将使用后量子密码或在未来6年内实现的QKD。这意味着，当能够破解PKE的量子计算机问世时，大多数安全敏感数据将使用量子安全解决方案。
理论上，Grover算法削弱了对称密钥加密算法；比如DES和AES。然而，量子计算，尤其是量子存储器，需求如此巨大，在未来几十年内似乎是不可行的[174]。
另一种攻击手段是使用经典计算机的经典黑客方法，这种方法仍将落后于量子技术。总的来说，量子技术是一个年轻的技术领域，许多新的量子系统控制软件正在开发中。新的软件和硬件往往有更多的漏洞和安全漏洞。例如，目前由经典计算机控制的作为可信中继器工作的QKD量子卫星可能是网络攻击的理想目标。此外，针对量子网络(如QKD)的特定基于物理的攻击载体是积极研究的主题[175]，如光子数分裂[81]或特洛伊木马攻击[82]，不排除未来的惊喜。有关量子黑客的概述，参见例如[157]。
5.2 量子计算能力
关键点：
- 量子计算能力将随着逻辑量子比特的数量而增加。
- 最有可能的是，量子计算将被用作混合云的一部分。
- 小型嵌入式量子计算系统是直接量子数据处理的理想选择。
- 通常用于量子优化、ML/AI增强和更快的数值模拟。
量子计算将为当前的经典计算服务引入新的功能，帮助解决高度复杂的计算问题。此外，除了上述的量子模拟，量子计算还包括量子优化、机器学习和人工智能(ML/AI)改进、量子数据分析和更快的数值建模[11，24]。近期量子计算机可以解决的军事问题在[10]中提出，如战场或战争模拟；无线电频谱分析；物流管理；供应链优化；能源管理；和预测性维护。
为了获得最有效的结果，未来的量子计算将与经典计算机一起出现在计算场中实现，这将创建一个混合系统，混合量子经典操作系统将使用ML/AI分析要计算的任务，并将单独的计算拆分为CPU、GPU、FPGA、或量子处理器(QPU)等资源，在这些资源中可以获得最佳和最快的结果。
例如，一台小型嵌入式量子计算机可以安装在自动驾驶汽车或移动指挥中心中，这是值得怀疑的。目前最先进的量子比特设计需要低温冷却。因此，更多的努力应该集中在其他量子比特设计上，如光子、自旋或NV色心，它们可以在室温下工作。嵌入式量子芯片可以执行简单的分析任务，或者用于与需要直接的量子数据处理的量子网络应用相关的简单操作。然而，自主系统和机器人的机器学习和模型优化也可以受益于“大型”量子计算机。
量子计算在优化问题中可能是有效的[10，176，177]。在军事领域，量子优化的例子可以是海外作战和部署、任务规划、战争演习、系统确认和验证、新型车辆的设计及其属性，如隐形或灵活性。顶层将是用于增强决策的应用，通过量子信息科学支持军事行动和功能，包括预测分析和ML/AI[178]。具体来说，量子退火机已经在验证和确认复杂系统的软件代码方面证明了自己[179，180]。
量子计算机有望在指挥控制(C2)系统中发挥重要作用。C2系统的作用是分析和提供态势感知或协助规划和监控，包括模拟各种可能的场景，为最佳决策提供最佳条件。量子计算机可以改善和加速场景模拟或处理和分析来自ISR(情报、监视和侦察)的大数据，以增强态势感知。这也包括量子增强机器学习和量子传感器和成像的参与。
量子信息处理可能对情报、监视和侦察(ISR)或态势感知至关重要。ISR将从量子计算中受益，量子计算大大提高了对ISR捕获的信号和图像进行过滤、解码、关联和识别的能力。尤其是量子图像处理是一个广泛关注和发展的领域。预计在近期内，利用神经网络[13]进行量子图像分析和模式检测将有助于态势感知和理解。
量子计算将增强经典机器学习和人工智能[54]，包括国防应用[178]。在这里，量子计算肯定不会实际执行完整的机器学习过程。尽管如此，量子计算可以改善ML/AI机制(例如，量子采样、线性代数、量子神经网络)。最近的一项研究[181]表明，量子机器学习只为一些适合特定问题的核（kernel）提供了优势。理论上，量子计算有可能增强大多数经典的人工智能在国防领域的应用，例如，自动化网络操作、算法定位、态势感知和理解以及自动化任务规划[182，183]。量子ML/AI最直接的应用可能是量子数据，例如，由量子传感或测量仪器产生的数据[55]。实际适用性将随着量子计算机资源的增长而增长，在八年内，量子ML/AI可以成为重要的量子计算应用之一[184]。这种适用性可以通过混合经典-量子机器学习来加速，其中张量网络模型可以在小型近期量子设备上实现[185]。
通过量子神经网络，量子计算机有望提供更好的模式识别和更高的速度。这可能是必不可少的，例如，在保护网络的仿生网络防御系统中，类似于生物有机体的免疫系统[13]。
此外，通过更快的线性代数求解(见3.2.5)，量子计算有可能改善国防部门当前基于线性方程的数值建模，如战争模拟、雷达截面计算、隐形设计建模等。
从长远来看，量子系统可以启用网络量子使能能力(NQEC)[13]。NQEC是一个未来系统，允许各部队和指挥官之间通过网络进行通信和共享信息，以快速响应战场发展并进行协调。量子增强可以带来安全通信、增强的态势感知和理解、远程量子传感器输出融合和处理以及改进的C2。
5.3量子通信网络
关键点：
- 各种安全应用(例如QKD、身份识别和认证、数字签名)。
- 安全应用的采用将会随着对所有新技术安全方面的仔细探索而迅速发生。
- 量子时钟同步允许使用更高精度的量子时钟。
- 量子互联网是量子计算机和/或量子云之间最有效的通信方式。
量子互联网代表一个具有各种服务[186]的量子网络，这些服务具有重要的，而不仅仅是安全的意义。然而，许多先进的量子通信网络应用需要量子纠缠；也就是他们需要量子中继器和量子开关。回想一下，可信中继器只能用于QKD(参见第3.3.1节)。光纤和自由空间信道的未来组合将互连各种终端节点，如无人机、飞机、船舶、车辆、士兵、指挥中心等。
5.3.1 安全应用
量子密钥分发是最成熟的量子网络应用之一。当使用MDI-QKD或量子中继器的远程通信成为可能时，这项技术将会引起国防部门的兴趣。目前，使用可信中继器的基本商业技术是可用的，这些先驱可以作为如何应用量子技术的范例。在这里，QKD公司宣称这项技术是最安全的，并出现了越来越多的用例，特别是在金融和医疗领域。另一方面，众多的建议报告和权威机构更加谨慎，例如，英国国家网络安全中心[187]在当前状态下不支持任何政府或军事应用的QKD。
除了仅分发密钥的QKD，量子网络可以用于太空、特种部队、空军、海军和陆军资产之间的量子安全直接通信(QSDC)[188–191]。在这里，量子数据加密的直接消息利用了类似于QKD的安全性。一个障碍可能是低量子比特速率，这将只允许发送简单的信息，而不允许发送视听和复杂的遥测数据。在这种情况下，网络切换到QKD协议来分发密钥，加密的数据将通过经典信道分发。量子对话[192]和量子直接秘密共享[193]等其他协议旨在将量子网络作为QSDC用于可证明的安全通信中。请注意，QKD和QSDC被认为是6G无线通信网络的固有部分，并在[194]中进行了相应的讨论。
量子方法对安全的另一个重要贡献是量子数字签名(QDS)[195]。QDS提供了安全性，防止发送方在对消息进行签名后篡改消息。
接下来，量子安全身份识别利用量子特性，可以在不泄露认证凭证的情况下进行识别[72]。
另一个应用是基于位置的量子密码技术[196，197]。基于位置的量子密码技术可以提供更安全的通信，其中访问的信息只能从特定的地理位置获得，例如只能从特定的军事基地与军事卫星通信。当一方的地理位置是其唯一凭证时，基于位置的量子密码技术也可以提供安全通信。
5.3.2技术应用
量子网络将执行网络时钟同步[71，198]，这已经是经典数字网络中的一个主要话题。时钟同步旨在协调其他独立的时钟，尤其是原子钟(例如GPS中的)和本地数字时钟(例如数字计算机)。尤其是在部署量子时钟时，使用量子纠缠的量子网络将达到更精确的同步，(关于时间标准和频率传输，请第5.4节参见)。否则，量子时钟的高精度只能在本地使用。精确的时钟同步对于C4ISR(指挥、控制、通信、计算机、情报、监视和侦察)系统的合作至关重要，以便在雷达、电子战、指挥中心、武器系统等方面精确同步各种数据和行动。
一个简短的说明介绍了盲量子计算[69，70]。这类量子协议允许量子程序在远程量子计算机或量子计算云上运行，并在所有者不知道算法或结果是什么的情况下检索结果。当需要秘密计算(例如军事行动计划或新武器技术设计)并且没有自己的量子计算机能力可用时，这是有价值的。
通过量子网络连接的分布式量子计算——参见第3.3.1节。对于拥有量子计算机的军队和政府行为者来说，构建高性能量子计算服务或量子云将非常重要。
能够分发纠缠的量子网络可以集成和纠缠量子传感器[77]，以提高传感器的灵敏度，减少误差，最重要的是进行全局测量。这在感兴趣的参数是整个网络的全局属性的情况下提供了优势，例如，当信号的到达角度需要从三个传感器测量时，每个传感器测量具有特定幅度和相位的信号，然后，每个传感器的输出可以用来估计信号的到达角度，量子纠缠传感器可以对此进行全局评估，这个过程可以通过机器学习来改进[78]。
分布式计算协议的量子协议[76]对于一群无人机，或者对于一群自动驾驶汽车(AV)来说，可以具有有利的军事应用。在这里，量子协议可以有助于在同一时间尺度上实现所有AV之间的一致性，与它们的数量无关。然而，所有快速移动的AV之间的开放空间量子通信将是一个必须首先解决的挑战。注意，最近成功地进行了无人机量子纠缠分发实验[64]。
5.4 量子PNT
关键点：
- 所有的量子PNT技术都需要高度精确的量子时钟。
- 量子惯性导航的精度可能会比传统导航高出几个数量级。
- 量子惯性导航可以通过使用量子磁或重力映射的量子增强导航来扩展。
- 基于地球磁场异常的有前景的量子导航。
量子技术有望显著改善定位、导航和定时(PNT)系统，尤其是惯性导航。时间标准和频率传递(TFT)是一项基础服务，为通信、计量以及全球导航卫星系统(global navigation satellite system，GNSS)提供精确定时。虽然目前的TFT系统已经很成熟，但是光学原子钟或量子时钟与利用量子网络的TFT[199，200]相结合的性能将与当前应用(通信、GNSS、金融部门、雷达、电子战系统)的不断增长的需求保持同步，并且能够实现新的应用(量子传感和成像)。
基于量子的技术和方法支持PNT敏感精密仪器的开发。量子优势将体现在GPS失效或具有挑战性的作战环境中，从而实现精确作战。此类环境的例子包括水下和地下，或者GPS干扰下的环境。
目前的全球导航卫星系统(GPS、GLONASS、伽利略、北斗等)依赖于通过单个卫星上的多个原子钟提供的精确定时，这些原子钟由地面上更稳定的原子钟进行校正，量子时钟的更高精度也将提高定位和导航的精度。从长远来看，全球导航卫星系统卫星应连接到量子互联网，用于时间分配和时钟同步，芯片大小的精确移动时钟可以帮助发现GNSS欺骗[201]。
一些量子GNSS(不仅仅是量子时钟)已经被考虑和研究；例如，干涉量子定位系统(QPS)[199，202，203]。QPS[202，203]的方案之一具有类似于传统GNSS的结构，其中有三条基线，每条基线由两颗低轨道卫星组成，基线相互垂直。然而，尽管理论上定位的精度是惊人的，但是必须进行大量的工程设计来设计一个真实的QPS。
目前的大多数导航依赖于GPS，或一般的GNSS，这是最精确的导航技术。全球导航卫星系统技术在诸如人口稠密、电磁频谱使用率高的地区等环境中容易受到干扰、欺骗或缺乏GPS的影响。而且对于地下或水下环境，GNSS技术根本不可用。解决方案是惯性导航。
经典惯性导航的问题是漂移，随着时间的推移,精度会下降。例如，海洋级惯性导航(用于船只、潜艇和航天器)的漂移为1.8千米/天，导航级惯性导航(用于军用飞机)的漂移为1.5千米/小时[204]。2014年，DARPA启动了一个MTO-PTN项目，目标是达到20米和1米/小时的漂移[205]。即便如此，有些人还是抱有很高的期望，认为量子惯性导航每月的误差只有大约几百米[5，206]。
全量子惯性导航系统由量子陀螺仪、加速度计和原子钟/量子时钟组成。尽管量子惯性导航所需的单个传感器是在实验室外测试的，但创建一个完整的量子惯性测量单元仍然具有挑战性。对于高度移动平台的导航，传感器需要数百Hz的快速测量速率，或者提高量子传感器的测量带宽[204，207]。最需要改进的关键部件是低漂移旋转传感器，经典惯性传感器基于各种原理[208]。一种常见的芯片尺寸技术是MEMS(微机电系统)技术，MEMS陀螺仪在~10-7rad.s-1级上表现出不稳定性，适合军事应用[99]。目前最好的冷原子陀螺仪的不稳定极限约为~10-9-10-10rad.s-1(积分时间为1000s)[209]。与目前实验室实验的精度相比，现场可部署的量子传感器的精度存在不确定性。经典和量子惯性导航之间的中间步骤可以是融合经典和量子加速度计输出的混合系统[210]。随着量子惯性导航设备的尺寸减小到芯片大小，预计它可以部署在更小的车辆上，特别是无人驾驶自动驾驶车辆或导弹上。然而，我们能达到的微型化程度是未知的，芯片大小的量子惯性导航存在很多疑问。
目前，陀螺仪或加速度计等单个元件也在各种平台上进行测试；例如，在飞机[211]上，或者最近在[212]上。
多年来，美国国家海洋和大气管理局(NOAA)一直在绘制地球磁异常图，并制作了磁异常图，灵敏的量子磁力计和地球磁异常图结合使用是实现量子非GNSS导航的另一种方式[213，214]。
引力图匹配[215]的工作原理与此类似，可以使用量子重力仪提高性能。量子重力仪和磁力计一起可以成为水下量子增强导航的基础，特别是在海底峡谷、褶皱海床或沿海环境中。
总的来说，量子惯性导航或增强导航具有巨大的潜力，因为不需要GPS、红外线或雷达导航，而且它不易受到干扰，也不容易受到电子战攻击。然而，“不需要GPS”的说法并不十分准确，这些系统总是在初始位置总是需要一些外部输入，最有可能来自GNSS。
5.5 量子ISTAR
关键点：
- 大量使用量子计算来收集和处理信息。
- 希望部署在低轨道卫星上，但分辨率值得怀疑。
- 广泛应用于海底作业。
- 预计将进行高级地下监视，分辨率不确定。
- 新型3D、弱光或低信噪比量子视觉设备。
ISTAR(情报、监视、目标搜索与侦察)是现代军队精确作战的关键能力，量子技术有可能极大地提高多领域战场的态势感知能力。
总的来说，可以预计量子计算将产生巨大影响，这将有助于获取新的情报数据，处理来自监视和侦察的大数据，并使用量子ML/AI识别目标[178，183]。
除了ISTAR的处理部分之外，安装在单个陆地/海洋/飞行器和低轨道卫星上的量子传感也有望取得巨大进步。
量子重力仪和重力梯度仪具有很高的精确度，可以改善或引入新的应用:地球物理学研究、地震学、考古学、矿物(裂变材料或贵金属)和石油探测、地下扫描和精确的地理参考和地形测绘(例如用于水下导航的海床)[7]。
另一种重要的传感类型是量子磁力计。量子磁力计的应用与量子重力测量的应用部分重叠，因此引入了新的应用：地球磁场，包括金属物体(潜艇、地雷等)引起的局部磁异常，或者微弱的生物磁信号(主要用于医疗)[7]。
ISTAR感兴趣的第三个领域是量子成像。量子成像提供了大量不同的应用；例如，量子雷达(参见第5.7节)、医学成像设备、3D相机、隐形测距仪等。
第5.2节介绍了量子计算在ISR和态势感知中的潜在应用。
5.5.1 量子地球的地表和地下监视
基于第一级磁力测量、重力测量和重力梯度测量的量子传感有助于研究大陆和海面，包括自然起源的地下变化。磁异常和重力感应提供了地球表面的不同图像，地球是非常不均匀的(海洋、岩石、洞穴、金属矿物等)，包括人类建造的巨大建筑或交通工具，它们产生独特的重力(取决于质量)和磁性(取决于金属成分)足迹。
所讨论的量子传感技术——磁力测量、重力测量和重力梯度测量——至少在实验室中可以达到非常高的精度。例如，实验室外绝对重力测量的精度约为1μGal(10nm.s^-2)[216]。注意，3.1μGal的灵敏度对应于地球表面以上每厘米高度的灵敏度。然而，问题是空间分辨率通常与灵敏度反相关(较高的灵敏度是以较低的空间分辨率为代价的，反之亦然)。空间分辨率和灵敏度是决定识别什么(大规模自然变化或小型地下结构)和从什么距离(从地面、无人机或基于卫星的测量)识别的关键属性,例如，目前的空间分辨率约为100公里[217]的星载重力梯度仪，雷达卫星测高仪的分辨率约为16公里[218]，航空重力测量的分辨率约为5公里[219]。有关更多信息，请参见[5]。
对于许多量子传感应用而言，将传感器放置在低地球轨道(LEO)卫星上是至关重要的[220]。然而，目前的灵敏度和空间分辨率只允许应用于地球监测(测绘水或石油等资源、地震或海啸探测)。
除了低轨道卫星之外，上述量子传感器还被考虑部署在空中、海上或地面车辆平台上。如今，量子传感实验是在实验室环境之外进行的，比如在卡车[221]、无人机和飞机[222，223]或船上[217]。例如，量子重力仪可以安装在无人机上，以搜索人造结构，如用于走私毒品的隧道[223]。在无人机(可能是无驾驶飞机(UAV)、无人驾驶水面船只(USV)、遥控潜水器(ROV)或无人驾驶水下船只(UUV))上安装量子传感设备需要更多的工程设计，才能同时达到最佳的灵敏度、分辨率和可操作性。
低分辨率量子传感可用于精确的地理参考和地形测绘，以帮助水下导航或崎岖地形中的任务规划。此外，新矿物和油田的探测可能成为新的兴趣中心，尤其是在海底[224]，尽管在大多数情况下边界是明确的，这可能是国际摩擦的一个来源。
许多报告和文章[7，225，228–231]认为高分辨率量子磁和重力传感[217，225–227]能够：探测伪装的车辆或飞机；有效搜索来自LEO的舰队或单个船只；探测地下结构，如洞穴、隧道、地下掩体、研究设施和导弹发射井；定位埋在地下的未爆炸物体(地雷、水下地雷和简易爆炸装置)；实现旋转机械的穿墙检测。
然而，请再次注意，技术限制在哪里，以及所提到的量子重力测量和磁力测量应用是否会达到实现所有上述想法的灵敏度和分辨率(尤其在低地球轨道上)，都是非常不确定的。量子传感器将分几代投放市场，每一代都具有更好的灵敏度和分辨率以及更低的SWaP，允许更广泛的部署和应用。
5.5.2 量子成像系统
除了量子雷达和激光雷达(参见第5.7节)，量子成像还有其他军事相关的应用。ISTAR采用全天候、昼夜战术传感技术，利用EO/IR/THz/RF频率的特点和优势，实现远程/短程、主动/被动、隐形/隐形。量子成像系统可以使用各种技术和量子协议；例如，SPAD、量子重影成像、亚散粒噪声成像或量子照明，如在第3.4.4节中所述。一般来说，构造小尺寸的量子成像系统不成问题，关键参数是单光子/纠缠光子发射器的通量或单光子检测分辨率和灵敏度。此外，大规模部署高光子通量的量子成像系统需要强大的处理能力，这可能会限制系统的部署能力和性能。
利用量子纠缠和光子数相关性的量子3D相机将引入快速3D成像，具有前所未有的聚焦深度和低噪声，旨在实现亚散粒噪声或远程性能，这种能力可以用于检查和检测偏差或结构裂纹的喷气式飞机，卫星和其他敏感的军事技术。无人机的远程3D成像可用于侦察和探索任务目的地或敌方设施和设备。
另一种商用技术是量子气体传感器[232]。从技术上来说，这是一个单光子量子激光雷达，经过校准可以检测甲烷泄漏，下一个准备好的产品是能够检测二氧化碳(CO2)的多气体检测器，经过适当的改进和校准，它也可以用于人体检测。
近距离的一个具体特征是，在拐角后或视线之外的能见度[126]。这些方法有助于定位和找回被困人员、人质或通过检测拐角处驶来的车辆来改善自动驾驶。
量子成像可以作为弱光或低信噪比的视觉设备，例如，在浑浊的水、雾、灰尘、烟雾、丛林树叶或夜间的环境中，会有优势。低信噪比量子成像有助于利用低信噪比或隐藏的可见特征进行目标检测、分类和识别，并有可能对抗敌人的伪装或其他目标欺骗技术。当直升机飞行员在多尘、多雾或多烟的环境中着陆时，量子成像将非常有用[9]。
一个重要的产品是量子测距仪[233，234]，传统测距仪使用明亮的激光，很容易被目标探测到。当从目标观察时，量子测距仪在时间和光谱上都无法与背景区分开来。换句话说，量子测距仪将是隐形的，包括在夜间，而经典测距仪可以被目标或其他人看到。
在某些情况下，量子鬼成像可以发挥量子激光雷达的作用[235]，尤其是当目标不移动或移动非常缓慢，并且3D成像需要聚焦深度时。
5.6量子电子战
关键点：
- 通过更小的通用量子天线、精确计时和先进的射频频谱分析仪增强当前电子战。
- 量子信道探测的问题。
- 当量子信道被定位时，几种类型的攻击被考虑和开发。
量子电子战可分为量子增强经典电子战和以对抗、反对抗和支持对抗量子信道为主的量子电子战。量子信道是指为量子互联网、量子雷达或另一个使用自由空间或光纤通道的量子系统传送携带量子信息的光子。
用于电子支援措施的经典电子战系统可以受益于量子天线。基于里德堡原子的量子天线可以提供与测量信号波长(频率)无关的小尺寸[122，123]。这意味着即使对于低频(MHz到kHz[124，236])信号拦截，几微米的量子天线也是足够的。可以有用于不同带宽的多频测量的量子天线阵列，也可以是根据兴趣动态改变带宽的一个天线。此外，基于里德堡原子的天线可以测量AM和FM信号，提供自校准，测量弱场和非常强的场，并检测到达角度[125]。未来，量子天线可能看起来像里德堡原子阵列(矩阵)，不同的小区可以测量不同的信号，并且在两个或更多小区的联合测量中，可以确定信号的到达角度，这种天线最薄弱的方面是冷却里德堡原子所需的低温，需要将其缩小到可接受的尺寸。总的来说，量子射频传感器是高级LPD/LPI通信、超视距定向射频、抗射频干扰、射频测向或射频太赫兹成像的关键促成因素。例如，阵列量子射频传感器是作为战斗机F-35的潜在升级而开发的[237]。
经典电子战也可以受益于量子计算，为电子战提供改进的射频频谱分析仪，在电子战中可以应用量子优化和量子ML/AI技术。通过直接处理和分析来自量子射频传感器(里德堡原子、NV色心)的量子数据[55]，可以达到更高的效率，其中量子计算机的影响可能更显著。此外，其他基于量子的解决方案和方法正在开发中，如基于NV色心的RF频谱分析或基于SHB的彩虹分析仪[238]。
当前的电子战系统也将受益于量子计时，量子计时可以增强信号情报、反DRFM(数字射频存储器)和其他需要精确计时的电子战系统的能力；例如，反雷达干扰能力。
量子电子战的另一个领域将是信号情报(SIGINT)和通信情报(COMINT)(探测、拦截、识别、定位)和量子电子攻击(干扰、欺骗、使用直接能量武器)。量子信道(用于量子通信或量子成像)具有特定的特征，第一，简单的信号拦截是有问题的，因为量子数据是由单个量子携带的，它们的拦截很容易被检测到；第二，典型的量子成像技术使用低信噪比，这意味着在没有额外知识的情况下识别信号和噪声是一项挑战；第三，通常用作信号的相干光子类似于非常聚焦的激光，在不知道至少一方位置的情况下找到这样的量子信号是非常具有挑战性的。这些特性使得经典电子战变得过时，并且对量子信道是不可见的。
即使对于潜在的量子电子战系统来说，这种情况也很困难，因为是否有可能探测到量子(自由空间)信道的存在仍是个问题，这将需要开发激光预警接收器的量子模拟[239]。对于量子电子战来说，让英特尔了解使用量子通道的一方或双方的位置至关重要。
经典电子战将在自由空间经典信道进行拦截和窃听。然而，在量子信道中这会被迅速地检测到。一种可能的攻击是中间人类型的攻击[240，241]，因为早期的量子网络各方可能在身份认证或可信中继器方面存在问题。其他类型的攻击在量子物理层面，例如，光子数分裂攻击依赖于将相干激光脉冲用于量子通道[81]或特洛伊木马攻击[82]，或者散射光的收集和探测[242]。然而，这些类型的攻击非常复杂，其实用性（例如在太空中）是不确定的。
量子电子战攻击更有可能的只是一种拒绝服务，在这种情况下，量子信道被拦截，导致信道的使用停止。另一种可能性是一侧或两侧的接收器受到复杂的干扰，导致巨大的噪声。当接收机或发射机的位置已知时，经典电子战的另一种对策是利用激光等定向能量武器，导致传感器的损坏或破坏，这种攻击也可以帮助窃听者。
总的来说，需要开发新的途径和方法来实现量子电子战的能力并满足相应的要求。
5.7 量子雷达和激光雷达
关键点：
- 利用现有的量子微波技术，远程监视量子雷达是不可能的。
- 光学领域的可能应用——量子激光雷达。
- 量子雷达可以用于太空战。
对量子雷达话题的理解[141，243，244]受到声称中国量子雷达发展的媒体炒作[245，246]或乐观的实验室实验的影响。事实上，量子雷达的理论优势和特征是显著的(其中一些取决于单独的量子协议)：
更高的抗噪声能力——即更好的信噪比——更高的抗干扰和其他电子战对抗能力；
基于单个光子；即输出信号功率低到电子战措施也看不到；
目标照明；即允许识别目标的雷达。
基于一系列独特的量子雷达功能，它可能是一项具有强大破坏性的技术，可能会改变现代战争的规则。因此，尽管技术尚不成熟，并且对于量子雷达是否可以作为标准的主要监视雷达存在许多疑问，但国际上正在关注这一主题。
此外，许多人会立即将量子雷达想象成射程数百公里的远程监视雷达，而量子雷达的这种应用似乎不太可能[247，248]。这种最优的远期监视量子雷达将非常昂贵(比任何范围内的经典雷达的成本高出许多数量级)[247]，而且它仍然不能实现上述所有优势和功能。
简而言之，实际问题如下[247]，量子雷达也受制于雷达方程，接收功率随着距离的四次方而损失。同时，为了保持量子优势，每个模式需要一个或更少的光子。总之，需要在微波范围内，产生由低光子模式构成的相对较高的功率，这需要大量的量子信号发生器、低温技术、大尺寸天线等。所有这些导致极高的成本和不切实际的设计[137，247]，科学家需要拿出更实用的量子微波技术来克服这些困难。
除了高昂的价格之外，对探测隐形目标或抗干扰能力的质疑也依然存在。量子雷达可能有利于对抗阻塞式干扰机，但不一定能对抗DRFM或其他智能干扰机[247]。总之，即使从长远来看，远程监视量子雷达也不太可能实现。为了实现这一目标，人们需要发展新技术，允许更小的低温、在更高温度下工作的射频量子发射器或更有效的低温冷却，以及更强大的发射器(高速低光子脉冲)。请注意，即使研制出室温超导材料，也无助于纠缠微波光子产生的约瑟夫森参量放大器(Josephson parametric amplifier，JPA)方法[249]。然而，JPA并不是获得纠缠微波光子的唯一方法[137]，未来发现量子雷达的新理论和新设计并非完全不可能，上述远程监视量子雷达体积、重量和功耗都比较大，并且这种雷达是否是隐形的也是值得怀疑的[247]。
另一个问题是量子照明(QI)协议情况下的测距。QI协议需要预先知道目标，因此，无论是经典的还是量子的，需要对测距进行一些扩展[6]。
几年来，人们认为量子雷达截面积(RCS)大于经典雷达截面积[250，251]。对量子雷达截面积[252]的一项新的精确研究表明，之前声称的量子雷达截面积优于经典雷达截面积的优势源于错误的近似，量子和经典雷达截面积目前看似不相上下。
另一种方法可以是量子增强噪声雷达[137，253，254]。噪声雷达使用噪声波形作为传输信号，检测是基于传输信号和接收到的噪声波形雷达回波之间的相关性。其优点是低截获概率(LPI)，几乎无法被当今的截获接收机探测到，量子噪声雷达的设计需要更多的研究，才能看到实际的适用性，然而，这里的一个潜在用途是用于微波领域。
然而，当前的理论和研究在雷达领域有应用，尤其是使用光学或近光学光子的雷达领域，即量子激光雷达。短程量子激光雷达可以用于短距离的目标照明，单光子成像实验在10公里[255]到45公里[256]范围内进行，在这个范围内，量子激光雷达可以作为反无人机监视雷达或作为SHORAD(短程防空)综合体的一部分。
太空可以是量子雷达/激光雷达[257]的有利环境的另一个例子，其对于光学领域是低噪声的，并且它甚至几乎消除了在纠缠光子的退相干问题。例如，雷神公司在太空的光学领域对量子雷达进行模拟[258，259]。这个想法是在卫星上安装一个量子雷达，探测那些由于横截面积小、反射率低、环境光照条件差而难以探测到的小卫星，在太空环境部署量子雷达/激光雷达可以提供上面列出几乎所有优势。
这里要特别提到量子增强雷达，经典雷达可以配备原子钟或量子时钟，量子增强雷达显示出高精度和低噪声，因此在探测小型缓慢移动物体(如无人机)方面表现出优势[260]。
5.8量子水下战争
关键点：
- 潜艇可能是量子惯性导航的首批采用者之一。
- 量子磁力计作为探测潜艇或水下水雷的主要工具。
量子技术可以通过增强潜艇或水下水雷的磁探测、新型惯性潜艇导航和量子增强的精确声纳，对水下战争进行重大干扰。一般来说，在海洋环境中，可以应用基于量子光电探测器、雷达、激光雷达、磁力计或重力仪的传感技术[257]。关于量子技术对核武器潜艇近乎无懈可击的影响的概述，见[261]。
潜艇和其他水下运载工具将受益于量子惯性导航。大型潜艇可能是量子惯性导航的首批采用者之一，因为它们可以安装更大的量子设备，包括低温冷却。此外，灵敏的量子磁力计和重力仪可以帮助绘制周围环境的地图，如海底峡谷、冰山和褶皱的海底，而无需使用易于检测的声纳。另一种特别适合水下北极导航的惯性导航的例子是量子成像[262]。
反潜战的基本工具可能是量子磁力计。研究人员预计，特别是SQUID磁力计可以探测到6公里外的潜艇，同时还能改善噪声抑制[263，264]。请注意，目前的经典磁异常探测器通常安装在直升机或飞机上，其范围只有数百米。沿着海岸的量子磁力计阵列可以覆盖重要的区域，导致潜艇无法进入。此外，量子磁力计阵列似乎在噪声更受抑制的情况下工作得更好。
量子磁力计也可用于探测水下水雷，例如使用无人水下船只[230]。
但是，第5.5.1节主要讨论的是检测范围、灵敏度等，如声纳等其他水下领域的技术能探测更长的距离[229]。[261]中还指出，量子技术对SSBN(弹道导弹潜艇)影响不大。量子磁力计有可能与其他传感器一起工作，以帮助检测、识别和分类目标[229]。
5.9量子太空战
关键点：
- 对远程量子通信很重要。
- 近地球轨道对于未来量子传感和成像技术的部署非常重要。
- 太空战将导致在太空部署新的量子雷达/激光雷达和量子电子战技术。
太空领域正变得越来越重要，将成为发达国家的重要战场。太空过去主要用于卫星导航、测绘、通信和监视，通常用于军事目的。如今，太空正变得越来越武器化[265]，比如把装有激光武器的卫星或者“神风”卫星放置在地球轨道上，反卫星战争也在同步发展。另一个激增的问题是太空垃圾的数量，估计有2200颗卫星，还有几个计划已经公布[266]。
太空也将是将量子传感和通信技术[267–271]应用于卫星以及也是太空对抗的关键。
对于上述许多量子技术应用，最好将量子传感技术，如量子重力仪、重力梯度仪或磁力计放置在地球轨道上的卫星上，尤其是低轨道卫星。此类应用正在开发中，例如，一种低功率量子重力传感装置，可以部署在小型卫星的太空中，用于精确测绘资源或帮助评估自然灾害的影响[272]。然而，这种应用不需要太高的空间分辨率。这同样适用于基于卫星的量子成像，例如，中国声称开发了一种使用鬼成像技术的卫星[273]，然而，它的空间分辨率是不确定的，量子鬼成像的优点是可以在多云、多雾的天气或夜间使用。
另一方面，利用卫星进行量子通信已经得到证实[62，274]。基于卫星的量子通信对于远距离的近期集成量子网络至关重要[275],当前的量子通信卫星，面临与光纤信道的可信中继器相同的问题。事实上，现在的量子卫星就是可信中继器，可信中继器的问题在于，它们为卫星控制系统可能遭受的网络攻击敞开了大门。而目前演示的MDI-QKD协议具有更好的安全性[276]，其中中心点作为中继器或交换机工作，但处于安全状态，随后使用量子中继器。有关空间量子通信的概述，请参见[270，271]。
一项新的所需军事能力将是探测其他卫星、太空物体、太空垃圾并跟踪它们的技术。经典雷达用于此目的，例如，作为美国太空监视网络一部分的Space Fence项目。然而，这些大多数太空监视雷达都存在尺寸约为10厘米或更小的问题[266](在空间围栏的情况下，最小尺寸约为5厘米)，另一个问题是容量，即它们可以跟踪多少个物体，大多数只有几厘米大小的太空垃圾就是这种情况。量子雷达或激光雷达被认为是代替经典雷达的一种选择[6，257，259]。尤其在太空环境中，使用光学领域的量子雷达[259]，因为光子不会像在大气中那样遭受损失。空间量子雷达拥有量子雷达的大部分优点，如第5.7节所述，包括隐形。根据模拟[259]，与GEODSS(基于地面的光电深空监视)相比，在太空中，空间量子雷达的探测灵敏度和目标跟踪灵敏度至少高一个数量级。空间量子雷达将非常有助于跟踪小型、黑暗和快速的物体，如卫星、太空垃圾或流星体。
量子传感和通信设备在太空中的不断增加将导致人们对量子电子战的兴趣增加，如第5.6节所述。
5.10 化学和生物模拟和检测
关键点：
- 200个量子比特足以进行化学量子模拟研究。
- 实现更复杂模拟的能力随着逻辑量子比特的数量而提高。
- 空气或样品中的化学检测。
- 适用于检测爆炸物和化学战剂。
军事和国家实验室、化学防御工业或CBRN(化学、生物、放射和核)国防部队对国防相关的化学和生物模拟感兴趣。基于量子模拟的新药和化学物质的研究将需要先进的量子计算机、经典计算设备和量子化学专家。化学和生物化学战剂的量子模拟原则上与民用研究具有相同的要求，例如已经在进行的蛋白质折叠、固氮和肽研究。
所需量子比特的数量取决于空间基函数的数量(存在各种基集，例如STO-3G、6-31G或cc-pVTZ)；例如，在6-31G的基础上，苯和咖啡因分子可以分别用大约140和340量子比特近似模拟。[278]。然后，沙林分子模拟需要大约250个量子比特。根据量子计算机路线图[27，279]和逻辑量子比特的要求，人们可以在10年内达到100个逻辑量子比特，但可能会更早地实现更有效的纠错和抗错量子比特，这对于中等大小的分子模拟是足够的。
威胁可能是设计和精确模拟新的中小型分子的结构和化学性质，这些分子可能起到类似于氰、光气、氯化氰、沙林或Yperit等化学战剂的作用。另一方面，同样的知识也可以用于CBRN对策和新的探测技术的开发。
关于蛋白质折叠、DNA和RNA探索的研究，如基序识别、全基因组关联研究和从头结构预测[280]，也可能影响生物制剂的研究[281]。然而，需要更详细的研究来评估量子模拟的真正威胁。
量子级联激光器光声检测是一种有效的化学检测器。例如，量子化学探测器可以探测到简易爆炸装置(IED)中使用的TNT和三过氧化三丙酮元素，简易爆炸装置是不对称冲突中常用的武器，同样的丙酮检测系统也可用于识别携带爆炸物的登机行李和乘客。量子化学检测一般可用于对付化学战剂或有毒工业化学品[282，283]。
从中远期来看，这种探测器可以安装在在自主无人机或用于检查某个区域的地面车辆上[284]。
5.11 新材料设计
关键点：
- 一般研究影响；例如，室温超导允许高精度的SQUID磁力计在没有冷却的情况下工作，这可以对军事量子技术应用产生显著影响。
- 国防工业对伪装、隐形、超硬装甲或耐高温材料的研究。
现代科学通过利用量子力学特性(如石墨烯，拓扑绝缘体)开发新材料，超材料，有时称为量子材料。作为量子系统的材料可以用量子计算机来模拟，比如材料的电子结构，可应用于室温超导体、更好的电池和特定材料特性的改进。
为了更详细地解释，室温超导材料利用了高温下的超导性[285]，这将允许构建约瑟夫逊结，通常用作SQUID或超导量子比特的构建模块。到目前为止，需要接近绝对零度的冷却。据预计，一台大约70个逻辑量子比特的量子计算机[286]足以用于高温超导体的基础研究。
对于国防工业，研究新材料的机会，如更好的伪装、隐形(电磁吸收)、超硬装甲或耐高温材料设计，都在考虑之中，但没有透露任何细节。
5.12 脑成像和人机接口
关键点：
- 量子脑磁成像
- 增强的人机接口
脑磁图（magneto-encephalography）扫描仪是一种医学成像系统，通过测量流经神经元集合的电流产生的磁场来可视化大脑正在做什么。例如，基于光泵磁力计[287]的量子磁力计可以生成高分辨率脑磁图，用于实时大脑活动成像，这项技术是安全的和非侵入性的，并且已经过实验室测试。
在不久的将来，量子脑磁图可以成为士兵头盔的一部分，用于在受伤的情况下进行连续远程医疗监测和诊断。远期预期包括增强人机接口，即与机器和自主系统进行实际非侵入式认知通信[11]。