أستاذ مشارك وباحث رئيسي في أكاديمية ربدان
5 نوفمبر2024
مقدمة
تتمتع تكنولوجيا الكم بإمكانيات تحويلية هائلة، إذ يتوقع العديد من العلماء، والمختصين في مجال التكنولوجيا، والمديرين التنفيذيين، والقادة السياسيين أن تُحدث هذه التكنولوجيا ثورة في العديد من المجالات الاقتصادية والاجتماعية. وعلى نحو متزايد، يُلاحظ كبار المسؤولين في مجال الأمن القومي وقادة الجيوش الإمكانيات الدفاعية الكبيرة التي قد تنبثق عن هذا المجال الفيزيائي والهندسي الناشئ. ومع ذلك، لا يزال مستوى جاهزية التكنولوجيا (TRL) للعديد من تكنولوجيا الكم، إن لم يكن معظمها، مُتدنيًا، مما يعني بأن التأثير الفعلي لهذه التكنولوجيا قد لا يتجلى إلا بعد فترة من الزمن، شريطة أن تثبت التوقعات المتعلقة بإمكاناتها الكامنة صحتها. وقد أشار نيلز بور، الفيزيائي الدنماركي الذي أسهم بشكل جوهري في تطوير نظرية الكم، إلى أن "التنبؤات قد تكون معقدة للغاية، لا سيما عندما يتعلق الأمر بالمستقبل."[1] وعليه، فإنه من الحكمة الآن استعراض السبل التي يُمكن أن تسهم بها تكنولوجيا الكم في تشكيل الشؤون الدفاعية والأمن القومي بشكل أوسع في المستقبل.
على الرغم من أن تكنولوجيا الكم لا تزال في مراحلها الأولية، فإن العديد من جوانبها تشهد نضوجًا سريعًا في بعض الميادين. وقد حظيت التطورات الأخيرة في هذا المجال باهتمام كبير على مدى السنوات الماضية، لا سيما أن التقدمات في الحوسبة الكمية تمثل تهديدًا للطرق المُعتمدة حاليًا في التشفير، والتي تُعرف بأنها عملية تهدف إلى إخفاء المعلومات أو ترميزها بطريقة تجعلها غير قابلة للقراءة إلا من قبل الأفراد الذين تم توجيه الرسالة إليهم.
تستأثر تداعيات كسر الشفرات المدعومة بالكم باهتمام متزايد في دوائر الأمن القومي،[2] وهو اهتمام يُعزى إلى مبررات قوية. فقد تستغرق أجهزة الحاسوب التقليدية، التي تعتمد على كسر الشفرات المحمية بمفتاح خاص، أوقاتًا قد تتجاوز عمر الكون، في حين يُفترض أن تتمكن أجهزة الحاسوب الكمية من إنجاز هذه العملية في دقائق معدودة. ومع ذلك، فإن التطبيقات الأخرى والأوسع لتكنولوجيا الكم في مجال الدفاع لا تحظى بالقدر الكافي من الاهتمام. لمعالجة هذه الفجوة، يُركز هذا التقرير على ثلاث مجالات تكنولوجية ذات إمكانية عالية في تشكيل المشهد الدفاعي المستقبلي، وهي الاستشعار، والاتصالات، والحوسبة. ستتم دراسة كل من هذه المجالات التكنولوجية الواسعة، التي تنبثق من ميكانيكا الكم، مع التركيز على أهم التطبيقات العسكرية التي يمكن استخدامها فيها.
قبل الخوض في الأقسام التحليلية الثلاثة، يُعد من الضروري توضيح مفهوم تكنولوجيا الكم. في جوهرها، تُشير تكنولوجيا الكم إلى توظيف مبادئ ميكانيكا الكم في مجالات تكنولوجية محددة.[3] وتُعد ميكانيكا الكم فرعًا من الرياضيات التي تختص بوصف سلوك (أفعال وتفاعلات) الذرات والجسيمات دون الذرية والتنبؤ بها.[4] تتسم هذه الجسيمات الصغيرة غالبًا بسلوكيات تختلف تمامًا عن تلك التي تظهرها الأجسام الأكبر. على سبيل المثال، تُوضح ظاهرة التراكب الكمي إمكانية وجود جسيم كمومي واحد في موقعين في آن واحد. بالإضافة إلى ذلك، عندما يحدث تشابك بين جسيمان دون ذريين، يبقى الاتصال قائمًا بينهما حتى عند فصلهما عن بعضهم البعض عبر مسافة كبيرة.[5] كما سيتم توضيحه في هذا التعليق، فإن النضوج النسبي لتكنولوجيا الكم—التي تستفيد بشكل كبير من آثار التشابك والتراكب الكمي—يمتلك القدرة على تغيير مسار الشؤون الدفاعية بطرق عميقة.
تطبيقات تكنولوجيا الكم في الدفاع
الاستشعار
عادةً ما تحظى الحوسبة الكمية باهتمام واسع، إلا أن أجهزة الاستشعار الكمية تشهد تقدمًا ملحوظًا ومن المرجح أن تدخل حيز الاستخدام قريبًا. تتمتع الأنظمة المعززة بتكنولوجيا الكم بالقدرة على الاستشعار بمستويات تفوق ما يمكن أن تحققه الأنظمة التقليدية (بما في ذلك تلك المعززة بالذكاء الاصطناعي). من خلال استغلال الحساسية القصوى للكيوبتات تجاه الاضطرابات، تُتيح أجهزة الاستشعار الكمية قياس الفروقات الدقيقة في مجموعة متنوعة من الخصائص مثل درجة الحرارة، أو التسارع، أو الجاذبية، أو الزمن.[6] تُعتبر أجهزة الاستشعار الكمية مُبشرة في تحقيق مستويات غير مسبوقة من الحساسية والقياس في استشعار كميات متعددة، منها على سبيل المثال لا الحصر، الحقول الكهربائية والمغناطيسية، والاهتزازات، والحركة، ودرجة الحرارة. كما يُمكن أن توفر التقدمات في أجهزة الاستشعار الكمية، على سبيل المثال، خيارات بديلة للتحديد والملاحة والتوقيت (PNT)، مما يُمكن الأنظمة العسكرية من العمل في بيئات تفتقر إلى توفر خدمة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).
من خلال استغلال خصائص التشابك، يمكن للرادار الكمومي إنتاج مليارات من أزواج الفوتونات "المتشابكة". بشكل مبسط، يتم إرسال فوتون واحد من كل زوج إلى منطقة البحث بينما يتم الاحتفاظ بالفوتون الآخر. سيتم مقارنة الفوتونات "الإشارية" المنعكسة إلى المستشعر مع نظيرتها "غير المراقبة"، مما يتيح الكشف عن معلومات حول الأجسام المكتشفة.[7] قد يمتلك هذا الرادار القدرة على اكتشاف الطائرات الخفية بدقة وتمييز الأهداف الرادارية المشروعة عن الأهداف المخادعة. علاوة على ذلك، ستكون هذه الرادارات محصنة إلى حد كبير ضد التشويش وأيضًا ضد الاكتشاف من قبل الخصم.
سُتحدث التطورات الناجحة في تطوير جهاز مغنطيسي يعتمد على جهاز تداخل كمي فائق التوصيل (SQUID)، ثورة في مجال اكتشاف الغواصات.[8] ومع ذلك، فقد كانت هذه المغناطيسيات فائقة الحساسية مُقتصرة سابقًا على الاستخدام في المختبرات.
بينما يمتلك الرادارات الكمية إمكانيات نظرية هائلة، تُثير الأبحاث الحديثة تساؤلات حول جدوى استخدام الرادارات الكمية الأرضية التي تستخدم أمواج الميكروويف.[9] ومع ذلك، يبدو فكرة الكشف عن الضوء القائم على الكم من الفضاء (LiDAR) تحمل وعدًا أكبر على المدى القريب.[10]
الاتصالات
ستصبح أجهزة الحاسوب الكمية المتطورة قادرة على كسر معظم أنظمة التشفير غير المتناظرة المستخدمة حاليًا. ومع ذلك، لا يُعد كل الخبر سيئًا. فقد تسهم الاتصالات الكمية، التي تشير إلى تبادل المعلومات الكمية عبر شبكة كمية تعتمد على الألياف الضوئية أو القنوات الحرة، في الحماية من هذا التهديد. علاوة على ذلك، استكشف الباحثون إمكانية إنشاء روابط اتصالات كمومية عبر الماء.[11] وقد تُفضي هذه الجهود إلى اتصالات كمومية آمنة بين الغواصات والسفن السطحية، ومع الغواصات الأخرى، والطائرات، أو حتى الأقمار الصناعية.
يستفيد التشفير الكمومي من خصائص الجسيمات لجعل الرسائل غير قابلة للاختراق تقريبًا. تتمتع الكيوبتات (التي تمثل الوحدة الأساسية للمعلومات المستخدمة في ترميز البيانات في الحوسبة الكمية) بحساسية استثنائية؛ إذ إن أي محاولة للتشويش أو حتى مجرد مراقبتها ستؤدي إلى انهيار الكيوبتات. فإذا حاول أي مراقب خارجي اعتراض أو مراقبة الاتصالات المحمية عبر توزيع المفاتيح الكمية (QKD، فسيتمكن المستلم من اكتشاف ذلك. في ظل الزيادة المضطردة في البيانات التي يتعين جمعها وتحليلها لدعم اتخاذ القرار في البيئات التشغيلية المستقبلية، ستعتمد القوات العسكرية المتقدمة بصورة متزايدة على بنية تحتية آمنة للاتصالات الرقمية.[12] وقد تمثل الاتصالات الكمية تقنية رائدة لتحقيق ذلك.
الحوسبة
علاوة على ذلك، ستُعزز الحوسبة الكمية من استخدام توزيع المفاتيح الكمية (QKD)، الذي يُمكن أن يوفر حماية للاتصالات المشفرة الحساسة من الاعتراضات المعادية، بالإضافة إلى حماية البيانات المخزنة لفترات طويلة ضد هجمات الحواسيب الكمية المستقبلية. يُتيح نظام QKD إنشاء مفاتيح تشفير يتم تشفيرها وإرسالها عبر الكيوبتات، مما يجعل عملية كسرها أمرًا صعبًا.
بجانب تأثيرها على التشفير، يُمكن أن تُحدث أجهزة الحاسوب الكمية تطورًا كبيرًا في ميدان التعلم الآلي، مما يُفضي إلى تحسين قدرات التعرف على الأنماط وتحديد الأهداف المعتمدة على قدرات الآلات.[13] وقد يترتب على ذلك تسريع عملية نشر بعض الدول للأنظمة العسكرية المستقلة، مما يُفضي إلى زيادة الدعوات المطالبة بتدابير أكثر صرامة للحد من الأسلحة.[14]
يمكن أن تُعزِّز الحواسيب الكمّية المحاكاة التي تُظهر عمليات الانتشار العسكري والاستراتيجيات المحتملة فضلاً عن سيناريوهات أخرى.[15] علاوة على ذلك، فإن الزيادة في القدرات الحاسوبية التي تُتيحها الهياكل الكمّية قد تُمكن الأنظمة (سواء كانت مأهولة أو غير مأهولة) من إمكانية حساب تحديد المواقع الجغرافية دون الحاجة إلى استخدام أنظمة تحديد المواقع العالمي (GPS)، من خلال استخدام أجهزة قياس الجاذبية الكمّية وأنظمة الملاحة بالقصور الذاتي. ستعمل هذه التقنية على معالجة إحدى التحديات الرئيسية التي تواجه المركبات البحرية غير المأهولة، والتي تتمثل في الحاجة إلى الارتفاع بشكل دوري إلى مستوى منظار الغواصات لتأكيد الموقع.[16]
السعي نحو تحقيق التفوق الكمّي
قد يُعتبر السعي نحو تحقيق الريادة في تكنولوجيا الكمّ أحد أبرز السباقات التقنية-الأمنية في النصف الأول من القرن الحادي والعشرين.[17] إن الدول التي تستطيع تحقيق قفزات نوعية في هذا المجال قد تجني فوائد كبيرة على صعيد الأمن القومي، لا سيما في مجال التشفير. كما أن الدول التي تستطيع إيجاد سبل لنقل هذه التكنولوجيا من المختبر إلى ساحة المعركة قد تمنح جيوشها مزايا كبيرة، لا سيما فيما يتعلق بالقدرة على اكتشاف الأعداء من خلال الاستشعار الكمّي، والقدرة على العمل في بيئات تفتقر إلى أنظمة تحديد المواقع العالمي (GPS) بفضل الأنظمة القائمة على التكنولوجيا الكمّية. علاوة على ذلك، فإن القدرة الحاسوبية الهائلة التي يمكن أن تنتج عن حاسوب كمّي قابل للتوسّع قد تؤدي إلى تطورات جذرية عبر مجموعة من القطاعات، مما يُسرع من قدرات الذكاء الاصطناعي المتنامية. على سبيل المثال، سيكون لهذا الأمر تداعيات كبيرة على ما يمكن للروبوتات العسكرية الذاتية القيام به في ساحات المعارك، كما قد يُفضي إلى تحولات جذرية في مجال الحرب السيبرانية. إن الإخفاق في مواكبة الدول الرائدة في تكنولوجيا الكمّ من شأنه أن يُعرض الدول المتخلفة لموقف استراتيجي غير مواتٍ. وبمجرد أن تتخلّف هذه الدول، قد يصبح من الصعب عليها سد الفجوة أو التغلب على المزايا التي اكتسبتها الدول الرائدة من خلال مجالات تقنية متخصصة أخرى.
وفي إطار هذا السباق الأمني-التقني الناشئ، تٌعتبر تكنولوجيا الكمّ محط اهتمام متزايد للاستثمارات المالية من قبل الحكومات والقطاع التجاري. وتبدو بكين عازمة على الفوز بهذا السباق التقني-الأمني، حيث عقد الرئيس الصيني شي جين بينغ جلسة دراسية للجنة الدائمة للمكتب السياسي للحزب الشيوعي الصيني، تناولت العلوم الكمّية، حيث صرح بأن "تطوير العلوم والتكنولوجيا الكمّية يُعد ذا أهمية علمية واستراتيجية كبيرة."[18] أطلقت الصين قمرين صناعيين قادرين على إجراء اتصالات كمّية من الفضاء الخارجي، بما في ذلك النقل الكمّي للجسيمات الفردية عبر أنظمة اتصالات الأقمار الصناعية. ولا يُعرف عن أي دولة أخرى أنها أطلقت أقمارًا صناعية للاتصالات الكمّية.[19] كما لا تشير الدلائل إلى أن الولايات المتحدة تعتزم التنازل عن مساعيها للريادة في هذا المجال. ففي عام 2018، أصدرت الحكومة الأمريكية استراتيجية وطنية علنية للعلوم الكمّية.[20] وباستثناء بعض المجالات الفرعية الخاصة بالاتصالات الكمّية، يُقدر الخبراء أن الولايات المتحدة تحتل موقع الريادة في هذا المجال.[21]
نظرًا لأن مجال تكنولوجيا الكمّ لا يزال في مراحله الأولى، فإن من الصعب تحديد عن الدولة التي تتصدر السباق في الوقت الراهن. وفقًا لمعظم المعايير ذات الصلة، تظل الولايات المتحدة والصين هما الدولتان الرائدتان بوضوح في مجال العلوم والتكنولوجيا الكمّية. كما تسعى دول متقدمة أخرى، مثل كندا، إلى توظيف قدراتها العلمية في هذا المجال بغية تحقيق مكاسب اقتصادية ودفاعية.[22] ومع ذلك، سيكون من المبالغة أن يتم اعتبار هذا السباق الكمّي بين الولايات المتحدة والصين مشابهًا لسباق الفضاء الذي دار بين القوى العظمى خلال حقبة الحرب الباردة.
الخاتمة
لا تزال العديد من التطبيقات الدفاعية الكمّية التي تم تناولها في هذا المقال نظرية، نظرًا للتحديات الهندسية المرتبطة بتطبيقها. ويعتبر الاستشعار الكمّي من بين التقنيات الأكثر قربًا من التطبيق العملي. أجرت القوات البحرية الأمريكية وحلفاؤها تجارب على أجهزة قياس الجاذبية الكمّية وأنظمة الملاحة القائمة على القصور الذاتي خلال مناورات "ريم أوف ذا باسيفيك" (RIMPAC) البحرية في عام 2022.[23] من جهة أخرى، لا تواجه الحواسيب الكمّية العملية العديد من التحديات، بما في ذلك التوسّع والتكلفة. استنادًا إلى خرائط الطريق التي وضعتها شركة IBM، يُتوقع أن نشهد في العقدين إلى الثلاثة عقود القادمة ظهور حواسيب كمّية قابلة للتوسع وقادرة على معالجة المشكلات المتعلقة بهذا المجال.[24]
يزعم بعض الخبراء أن تكنولوجيا الكمّ تعاني من ظاهرة الترويج المفرط،[25] إذ إن التوقعات المتعلقة بتأثير هذه التكنولوجيا على المدى القريب تتجاوز الواقع الفعلي لما هو ممكن تحقيقه. ومع ذلك، لا يساور القلة في هذا المجال أي شك في الإمكانيات الثورية لتكنولوجيا الكمّ، غير أنه لا تزال هناك عقبات تقنية جسيمة ينبغي التغلب عليها.[26] يتطلب إنتاج الحواسيب الكمّية، التي يُعتقد أصحاب النظريات أنها ممكنة، تحقيق تقدم كبير في مجالات علوم الفيزياء وعلوم المواد، على سبيل المثال. إن التغلب على هذه التحديات ونقل تكنولوجيا الكمّ من البيئة المختبرية إلى التطبيق العملي سيحقق لمن ينجح في هذا المسعى ميزة كبيرة كرواد أوائل في هذا المجال. ولا شك أن الريادة في مجال الكمّ ستجلب فوائد كبيرة في ميادين الشؤون الدفاعية. إن اختيار التقنيات الناشئة للتطوير غالبًا ما يُعتبر مغامرة محفوفة بالمخاطر، ومع ذلك، فإن تكنولوجيا الكمّ تمثل بلا ريب مخاطرة جديرة بالاستكشاف.
[1] Taken from Michael Fitzsimmons, “The Problem of Uncertainty in Strategic Planning,” Survival 48, no. 4 (winter 2006-2007), 131.
[2] Michal Krelina, “Quantum Technology for Military Applications,” EPJ Quantum Technology, 6 November 2021, https://epjquantumtechnology.springeropen.com/articles/10.1140/epjqt/s40507-021-00113- y#citeas.
[3] James A. Lewis and Georgia Wood, Quantum Technology: Applications and Implications (Washington, D.C.: CSIS, May 2023), https://www.csis.org/analysis/quantum-technology-applications-and-implications/
[4] Jun John Sakurai, Modern Quantum Mechanics, 3rd Edition (Cambridge, U.K.: Cambridge University Press, 2022).
[5] Emma Hankins, “What is Quantum technology and why should policymakers care about it?” Oxford Insights, 31 August 2023, https://oxfordinsights.com/insights/what-is-quantum-technology-and-why-should-policymakers-care-about-it/.
[6] Michiel van Amerongen, “Quantum Technologies in Defence and Security,” NATO Review, 3 June 2021, https://www.nato.int/docu/review/articles/2021/06/03/quantum-technologies-in-defence-security/index.html.
[7] Chris Jay Hoofnagle and Simon Garfinkel, “Quantum Sensors—Unlike Quantum Computers—Are Already Here,” Defense One, 27 June 2022, https://www.defenseone.com/ideas/2022/06/quantum-sensorsunlike-quantum-computersare-already-here/368634/.
[8] David Hambling, “China’s quantum submarine detector could seal South China Sea,” New Scientist, 22 August 2017, https://www.newscientist.com/article/2144721-chinas-quantum-submarine-detector-could-seal-south-china-sea/.
[9] Fred Daum, “Quantum Radar Cost and Practical Issues,” IEEE Aerospace Electronic Systems Magazine, 35(11) (2020), 8-20.
[10] D.C. Koblick, S. Wilkinson, Space-based spooky radar orbit determination benefits at Earth-Moon Lagrange points, in: AMOS 2020, 2020, p. 13.
[11] Mario Mastriani, Sundaraja Sitharama Iyengar, and K. J. Latesh Kumar, “Bidirectional teleportation for underwater quantum communications,” Quantum Information Processing 20, no. 1 (2021).
[12] US DoD, Summary of the Joint All-Domain Command & Control Strategy, March 2022, https://media.defense.gov/2022/Mar/17/2002958406/-1/-1/1/SUMMARY-OF-THE-JOINT-ALL-DOMAIN-COMMAND-AND-CONTROL-STRATEGY.PDF.
[13] Kelley M. Sayler, “Defense Primer: Quantum Technology,” Congressional Research Service, updated 25 October 2023, https://crsreports.congress.gov/product/pdf/IF/IF11836.
[14] Ash Rossiter and Peter Layton, Warfare in the Robotics Age (Boulder, Co: Lynne Rienner, 2024).
[15] Ajey Lele, Quantum Technologies and Military Strategy (Springer, 2021).
[16] Martino Travagnin, Cold Atom Interferometry for Inertial Navigation Sensors (Technology Assessment: Space and Defence Applications, Luxembourg, Publications Office of the European Union, 2020), p. 15, https://data.europa.eu/doi/10.2760/237221.
[17] Tai Ming Cheung and Thomas G. Mahnken, “The Great Race for Techno-Security Leadership,” War on the Rocks, 31 August 2022, https://warontherocks.com/2022/08/the-grand-race-for-techno-security-leadership/.
[18] Zhang Zhihao, “Xi Highlights Crucial Role of Quantum Tech,” China Daily, 19 October 2020.
[19] Ryan Lovelace, “Boldly going: China’s teleportation prowess comes under congressional panel’s scrutiny,” Washington Times, 6 February 2024.
[20] U.S. Subcommittee on Quantum Information Science, Committee on Science, National Science and Technology Council, “National Strategic Overview for Quantum Information Science,” September 2018.
[21] Testimony presented before the U.S.-China Economic and Security Review Commission at the hearing “Current and Emerging Technologies in U.S.-China Economic and National Security Competition” on 1 February 2024, https://www.uscc.gov/sites/default/files/2024-02/Edward_Parker_Testimony.pdf.
[22] Ash Rossiter, Leveraging Quantum Technology for Canadian Defence (Calgary, Canada: Canadian Global Affairs Institute, September 2024), https://www.cgai.ca/leveraging_quantum_technology_for_canadian_defence.
[23] U.S. Subcommittee on Quantum Information Science, Committee on Science, National Science and Technology Council, National Quantum Initiative Supplement to the President’s FY 2024 Budget, December 2023.
[24] Joran van Apeldoorn and Koen Groenland, “The Professional’s Guide to Quantum Technology,” Quantum Amsterdam, accessed 8 May 2023; and “McKinsey Technology Trends Outlook 2022,” McKinsey & Company, August 2022.
[25] Sankar Das Sarma, “Quantum Computing Has a Hype Problem,” MIT Technology Review, 28 March 2022, https://www.technologyreview.com/2022/03/28/1048355/quantum-computing-has-a-hype-problem/.
[26] Ash Rossiter, “Hyping Emerging Military Technology: Probing the Causes of Consequences of Excessive Expectations,” International Relations, published online 17 July 2023.