无人机的崛起
1.无人机的简介
无人驾驶飞机是一种以无线电遥控或由自身程序控制为主的不载人飞机。它的研制成功和战场运用，揭开了以远距离攻击型智能化武器、信息化武器为主导的“非接触性战争”的新篇章。无人机的主要功能包括作为靶机、侦查监视、实施干扰、骗敌诱饵、通信中继和对敌攻击等。
与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力较强等优点，备受世界各国军队的青睐。在几场局部战争中，无人驾驶飞机以其准确、高效和灵便的侦察、干扰、欺骗、搜索、校射及在非正规条件下作战等多种作战能力，发挥着显著的作用，并引发了层出不穷的军事学术、装备技术等相关问题的研究。它将与孕育中的武库舰、无人驾驶坦克、机器人士兵、计算机病毒武器、天基武器、激光武器等一道，成为21世纪陆战、海战、空战、天战舞台上的重要角色，对未来的军事斗争造成较为深远的影响。
专家预言：“未来的空战，将是具有隐身特性的无人驾驶飞行器与防空武器之间的作战。”但是，由于无人驾驶飞机还是军事研究领域的新生事物，实战经验少，各项技术不够完善，使其作战应用还只局限于高空电子及照相侦察等有限技术，并未完全发挥出应有的巨大战场影响力和战斗力。因此，世界各主要军事国家都在加紧进行无人驾驶飞机的研制工作。根据实战的检验和未来作战的需要，无人驾驶飞机将在更多方面得到更快的发展。
2.无人机具有有人作战飞机所不具有的优势
（1）更强的机动性——近代，战斗机内人体忍耐力会限制军队在快速行动期间利用飞机集中人员的数量，而无人战斗机消除了这一瓶颈，从而使得机动性大幅提高。
（2）重量更小——重量可以影响很多方面，如续航时间、加速、有效载荷等。毕竟驾驶舱内的一两名飞行员及所有物品会有很大的重量。
（3）更好的空气动力——不需要驾驶舱顶蓬。
（4）环境感知——利用无人战斗机能够在地面上构建虚拟座舱，这比飞机上安装任何装置都有效。而且，对于执行制空任务而言，环境感知是很重要的，而空空作战并不需要在实际飞机上进行侦察。
（5）不会让相关人员疲劳——地面飞行员可以控制他们的无人战斗机，执行任务时更舒适，更灵活。
（6）耗资更低——飞行部队耗资更低。所有的人机互动装置、生命维持、弹射座椅等会需要很多资金，但如果是无人战斗机，就仅需要人机交互装置。而且许多无人机可以共用一个，更低价，无需承受所有的压力，相关人员只需与无人战斗机进行通信，而且飞机中已经有一些通信方式，所以不会有大的变化。
（7）让飞行员远离危险——无人战斗机能够挽救飞行员的生命。训练飞行员的成本很高，而且很难迅速进行替换，无人飞机则不需要飞行员实地驾驶，省去了很多的训练费用。
（8）无人战斗机能够开展远程超视距外空对空攻击以及视距内近程作战，而且无人战斗机成本低、数量与质量相当并且有可能用于与敌军同归于尽的战术中。
不过，相对地，无人战斗机也存在一定的劣势。例如，无人战斗机很容易受到干扰以及人员因素的影响。而且，无人战斗机的行动还存在滞后性，虽然无线电通信能够迅速传播，但在空战过程中反应时间也是至关重要的。此外，无人战斗机还存在单点失效性，一旦敌军摧毁了指挥中心，那么所有无人战斗机便会丧失效用。
3.未来无人机的发展趋势
（1）隐身性能
无人驾驶飞机在几场局部战争中，尤其是在空袭南联盟行动中发挥的巨大作用是令人瞩目的，但由于自身隐身技术存在着一定的不足和遂行作战任务性质的局限，使其在作战中暴露出来的很高的被击毁率又是发人深省的。在以“非接触”方式为主导的未来战争中，不尽快解决无人驾驶飞机隐身技术问题或仅仅扮演一个不堪一击的“假目标”角色是远远不够的。因此，增强无人驾驶战斗机的隐身性能是迫切需要的。
（2）精确的攻击能力
随着中远程巡航导弹和弹道导弹的发展日新月异，地空导弹、空空导弹的制导技术日臻成熟，可重复使用的无人驾驶飞机的控制水平也日益提高，“无人驾驶战斗机”的话题才得以被人提及，且有人将反辐射导弹的技术移植到无人机上，研制出了反辐射无人机，成为一种对地面雷达极具威胁的新式武器。这种航空武器的出现，可以说是向无人战斗机的发展目标又迈进了一步，但它还不是真正意义上的无人驾驶战斗机。它采取“自杀”的方式，与敌方雷达同归于尽，充其量仅仅是巡航导弹的翻版。而真正的无人驾驶战斗机应是“可以重复使用的巡航导弹”。
（3）轻便灵巧的机型
微型武器具有重量轻、体积小、造价低、不易被发现和摧毁等特点，因此被世界各国尖端武器研制机构所看好，并投入了巨大的研制资金，在未来战场上有着强劲的发展前景和潜力。无人驾驶战斗机根据其较为特殊的战争使命，在微型化发展方面更具有非常强烈的要求。
4.世界上著名的几款无人机
（1）以色列“竞技神”无人机
竞技神出现在十分遥远的古代以色列，是以色列人仰慕的古代的常胜武神。现代以色列人将他们研制的新型无人机命名为“竞技神”，当然寄托着以色列人“武技居先”的理想。
短短几年时间，“竞技神”无人机就发展有“竞技神”180、“竞技神”450和“竞技神”1500共3个型号，形成了“竞技神”系列。“竞技神”180属于轻量级的无人机，有效载荷40公斤，续航能力10小时。“竞技神”1500属于中空长航时无人机，现仍在试验中。
“竞技神”450是以色列军队主要的战术无人机平台，亦通过了美国武装部队无人机联合测试与评估项目的测试。它装备了基于全球定位系统的自动飞行系统，使它能在7000米高空飞行，最大航时为24小时。它可以在小型防空武器射程之外飞行，并且提高了载荷能力和气候适应能力。它可轻松完成单架侦察机那样的一次平常飞行任务量，不需要中途降落和加油。处于起降阶段的无人机最容易被敌方探测设备发现、袭击。它以较长时间的续航能力减少了这种机会。它用于执行侦察、监视、目标截获和通信中继的任务，适合装备师旅一级的指挥机关。以色列陆军和空军则正在分别组建一个与炮兵和坦克部队协调行动的“竞技神”450无人机中队。
在目前世界屈指可数的中高空长航时战术无人机中，“竞技神”450无疑处于领先的位置。但以色列人仍不满足，正在研制开发使用燃料电池为动力的高空长航时无人机。那是一种能在1.7万米以上高度飞行、续航时间超过36小时并具有攻击能力的无人机。
（2）欧洲“神经元”无人机
欧洲“神经元”无人战斗机由法国领导，瑞典、意大利、西班牙、瑞士和希腊参与。可以在不接受任何指令的情况下独立完成飞行，并在复杂飞行环境中进行自我校正，此外它在战区的飞行速度超过现有一切侦察机。2012年11月，神经元无人机在法国伊斯特尔空军基地试飞成功。
与其他无人机相比较，“神经元”无人机具有隐身性能和高度智能化的特点：
第一，隐身性能突出。在外形设计和气动布局上，该机借鉴了B-2隐身轰炸机的设计，采用了无尾布局和翼身完美融合的外形设计，其W形尾部、直掠三角机翼以及锯齿状进气口遮板几乎就是B-2的缩小版。在机体材料选择上，该机采用全复合材料结构，雷达辐射能量少。此外，由于该无人机没有驾驶员座舱，体积和重量的减少使其在隐身方面具有有人机难以媲美的先天优势。
第二，智能化程度高。“神经元”综合运用了自动容错、神经网络、人工智能等先进技术，具有自动捕获和自主识别目标的能力，也可由指挥机控制其飞行或作战。比如一架法国“阵风”战斗机可以同时指挥4～5架“神经元”无人机，在有人机前方进行侦察或进行攻击。
（3）美国X-47B无人机
X-47B是人类历史上第一架无需人工干预、完全由电脑操纵的无尾翼、喷气式无人驾驶飞机，也是第一架能够从航空母舰上起飞并自行回落的隐形无人轰炸机。X-47B于2011年2月4日在美国加利福尼亚州爱德华兹空军基地首飞成功。
X-47B外形与B-2型隐形轰炸机极其相似，被称为“缩小版的B-2”。尺寸直逼美海军现役的F/A-18E/F超级大黄蜂战斗机。两个内置弹舱各可以容纳一枚2000磅级的JDAM，其载弹量要远远超过现无人机。X-47B是无尾翼机，对所有波段的雷达波的隐身性能都极高。因为没有尾翼可以在着陆时采用大迎角便于减速，而且也不会影响到视野。
之前大多数长航时无人机都通过采用超大展弦比机翼来提高航程。这无论是从保证突防性能来看，还是从航母甲板作业来看，都是不可取的。而X-47B采用了超高的内油系数，其最大起飞重量超过20吨，但其空重只有6吨多，省去了一切和人有关的重量开销。
X-47B外翼由铝合金部件和碳纤维环氧复合材料蒙皮组成，其尺寸大约为4.88米×1.22米。每个机翼装有副翼，并拥有高度集成的电子和液压管路。该机翼设计还包括机翼折叠能力，这样可以使飞机在母舰上占有更小的空间。
X-47B飞行性能较高，作战半径长，可以在航母上自动起降，并有自主空中加油能力，并且拥有卓越的隐身性能。同美军各类现役战机相比，X-47B滞空时间更长，更大的作战半径，既可以使航母战斗群处于更安全的位置，也可以更深入内陆执行打击任务。另外，X-47B最大的优势在于隐身突防，它拥有非常优异的雷达和红外低可探测性，保证其能够突破敌方防空圈，为后续有人驾驶作战飞机打开通路。
飞机的隐身化
隐形战斗机是指雷达一般探测不到得战斗机。其原理是指战斗机机身通过结构或者涂料的技术使得雷达反射面积尽量变小。雷达是靠发射电磁波然后检测反射回来的信号再通过信号的放大进行工作的，所以就存在反射面积的大小问题。隐形战斗机则是通过特殊结构设计使得雷达波出现漫反射和通过特殊涂料吸收雷达波使得反射面积在雷达天线检测下只有零点几个平方米。
隐形战机被形象地喻为“空中幽灵”，它们行踪诡秘，能有效地躲避雷达跟踪。多亏有了能吸收雷达波的“隐形”材料，才使隐形战机能轻而易举地从雷达眼皮底下逃之夭夭。
隐形战斗机的雷达吸波材料可通过阻止反射无线电波来干扰雷达系统。雷达吸波材料多种多样，其中包括非共振磁性雷达吸波材料和共振雷达吸波材料。由非共振磁性雷达吸波材料制造的涂料含铁酸盐粒子，可将轰炸机表面“吸收”的雷达波作为热量散发掉。这种材料可降低雷达的“可见度”，并可在一个宽广的雷达波频率范围内使用。
共振雷达吸波材料则只在一个很窄的频率范围内有效，不过只要雷达波频率在该材料的设计范围内，它的效率就非常高。经计算，这种材料的厚度与雷达波的波长一致时，就能像被“调谐”了一样可吸收特定频率范围的信号。
就像海绵只能保存一定量的水一样，隐形材料理论上也只能储存和散发有限的雷达波能量。然而在实验室条件下，工程师们以大大超过实际生活中会遭遇的雷达波能量检测隐形材料，以确保隐形材料在实际使用过程中的有效性。
隐形战斗机F-117A隐形战斗机是洛克希德公司于80年代为美空军秘密研制的第一代隐形战斗机，也是世界航空史上的第一架隐形战斗机。由于奇特的外形设计，在研制和试飞时曾在相当长时间内，被当作“空中飞碟”和“不明飞行物”。
隐形战斗机具有难发现、跑得快、看得远、打得远、机动佳、隐形、超音速巡航、超视距雷达、中远程导弹、机动性好等优点。
隐形战斗机的缺点：
（1）隐形战斗机造价高数量少，属于高价值目标，一旦被击落，不但会造成很大的经济损失，还会对整个空军的军心将产生震撼和动摇。
（2）隐形战斗机飞得不够高，巡航高度一般在1.7万米左右，在敌方的防空导弹射程之内。
（3）隐形战斗机载弹少，仅能载有机载6枚导弹包括4枚中距和2枚短程格斗弹。
（4）隐形战斗机背部不隐形，对于长波雷达等雷达不隐形，这样可以被地面大型长波雷达阵发现，也可以被“高空预警机”发现。
（5）隐形战斗机发射导弹时不隐形，或者打开雷达时不隐形。
（6）隐形战斗机一般需要预警机伴航，依赖预警机传输的数据实现静默、突然袭击。
世界上主要的几款隐形飞机：
1.F-22“猛禽”战斗机
F-22“猛禽”战斗机是由美国洛克希德·马丁和波音联合研制的单座双发高隐身性第五代战斗机，也是世界上第一种进入服役的第五代战斗机。F-22“猛禽”战斗机于2000年代中期陆续进入美国空军服役，以取代上一代的主力机种F-15“鹰”式战斗机。
F-22“猛禽”战斗机是当代造价最昂贵的战斗机种之一，是当今世界最强战斗机。F-22“猛禽”战斗机在机载电子设备、机动性能、武器配置方面整体领先于世界其他各种先进战机，而超音速巡航能力和隐身性能则是多数战斗机尚未能实现的能力，在指标统计上甚至根本无法量化对比。
苏-27/苏-30系列战斗机在机动性能上可以勉强和F-22“猛禽”战斗机一拼，欧洲“台风”战斗机和“阵风”战斗机在更换相控阵雷达后在电子设备上可以勉强达到F-22“猛禽”战斗机的水准，但这些飞机在其他性能方面则都要有所欠缺。尤其是F-22“猛禽”战斗机先进的隐身能力，足够将苏-27等四代战机的雷达探测距离降低到10～20千米的夸张程度，完全能够抵销四代机和四代半机的大半全部作战能力。
F-22“猛禽”战斗机更加具有优势的是其未来发展的潜力，随着新型空空导弹和火控软硬件的不断升级，再加上机体侧面相控阵部件的加装，F-22“猛禽”战斗机的发展仅仅是刚刚开始。
2.B-2隐形轰炸机
B-2隐形战略轰炸机是冷战时期的产物，由美国诺思罗普公司为美国空军研制。1979年，美国空军根据战略上的考虑，要求研制一种高空突防隐形战略轰炸机来对付苏联90年代可能部署的防空系统。1981年开始制造原型机，1989年原型机试飞。后来对计划作了修改，使B-2隐形战略轰炸机兼有高低空突防能力，能执行核及常规轰炸的双重任务。
B-2隐形战略轰炸机是目前世界上最先进的战略轰炸机，也是唯一的大型隐身飞机。其隐身性能可与小型的F-117隐身攻击机相比，而作战能力却与庞大的B-1B轰炸机类似，续航时间比先前的机种的持续时间都长的多。若以重量计，B-2隐形战略轰炸机的重量单位价格比黄金还要贵两至三倍（最初装备时），成为单价最贵的作战飞机。
B-2隐形战略轰炸机最主要的任务即是担任美国空军的穿透攻击任务，在战争中深入敌方领土进行包括投掷核子武器等各式攻击行动。这架全翼机型的轰炸机不但融合了各式低视度科技与高效能的气动力设计，更可以携带大量酬载，使它的性能遥遥领先所有先前的轰炸机型。它的低视度设计使B-2可以自由的飞行于高空，以增加其传感器之有效距离与作战航程。
3.T-50隐形战斗机
俄罗斯第五代战机T-50为单座双发重型战机，具备隐身性能好、起降距离短、超机动性能、超音速巡航等特点，能实现飞行性能和隐身性能的良好结合。
T-50隐形战斗机，是由俄军机制造巨头“苏霍伊”公司主导研制的。通过此前流传的T-50隐形战斗机图像和俄官方声明，可以初步断定，T-50隐形战斗机是一款重型双发歼击机，最大起飞重量32～35吨。由于其机翼载荷要低于美国的第四代战机F-22“猛禽”，再加上气动布局独特、机身本身可产生升力，这使得T-50隐形战斗机的机动性能要优于“猛禽”。在隐身性能方面，T-50隐形战斗机也不比“猛禽”逊色。机头、机舱、进气管等都采用了独特的形状设计，保证了对雷达波的低可探测性。为增强隐身效果，武器舱采取内置方式。拥有至少两个大型武器舱，主要用于装载超大、大型和中型空空导弹，整个武器舱室几乎是飞机容量的1/3。如执行战斗任务不需隐身时，T-50隐形战斗机可外挂智能炸弹及导弹。
T-50隐形战斗机明显地和F-22隐形战斗机有很多相像之处，但也继续了很明显的苏-27战斗机的特色。T-50隐形战斗机力图在隐身、超音速巡航、机动性方面达到较好的平衡，在气动设计上结合了F-22战斗机和苏-27战斗机的特点，而不是简单的抄袭F-22战斗机或者简单的苏-27战斗机的升级。
空中指挥平台——预警机
预警机，是为了克服雷达受到地球曲度限制的低高度目标搜索距离，同时减轻地形的干扰，将整套雷达系统放置在飞机上，自空中搜索各类空中、海上或者是陆上目标。借由飞行高度，提供较佳的预警与搜索效果，延长容许反应的时间与弹性。
空中预警管制机除提供早期预警的功能之外，还提供频繁指挥和控制功能，类似机场交通管制和其他部队的军事指挥。空中预警机比较常见的是以客机或者是运输机改装而来，因为这类飞机的内部可使用空间大，能够安装大量电子与维持运作的电力与冷却设备，同时也有空间容纳数位雷达操作人员；也有国家以直升机作为载具，不过这一类的空中预警机的效果不如以中大型机体改装而来的机种。
空中预警机借由飞行高度，提供较佳的预警与搜索效果，延长容许反应的时间与弹性。不过空中预警机搭载的人数与装备的限制，除了提供早期预警的功能之外，最多可以另外提供非常有限的空中指挥与管制的能力。以大型飞机改装，容纳更多电子设备与指挥管制人员的空中预警管制机可以算是空中预警机的放大与强化版。除了将雷达系统放置在飞机上以外，空中预警管制机可以强化或者是替代地面管制站的功能，直接指挥飞机进行各种任务。
预警机虽然监视范围大、指挥自动化程度高、目标处理容量大、抗干扰能力强、通常远离战线、纵深部署、执勤时有歼击机掩护，工作效率高。但它也存在着许多弱点：飞机体型较大，雷达反射截面积大，利于雷达发现和跟踪，行迹容易暴露；机动幅度小，机载雷达只有在飞机转弯坡度小于10度的条件下，才能保证对空的正常搜索，且下视能力弱于上视能力；巡航速度慢，机上没有攻击武器，自卫能力弱；电子防护能力弱，工作功率较大，极易对方探测，电子干扰和反辐射导弹攻击；技术复杂，作战操纵不便。因此，预警机的发展始终围绕着克服自身弱点而进行。
世界上主要的几款预警机：
（1）E-3预警机
E-3“望楼”预警飞机是一种具有下视能力的全天候远程空中预警和控制飞机，它不仅可搜索监视水上、陆地和空中目标，而且可以指挥引导己方飞机作战。1963年美国空军防空司令部和战术空军司令部提出对空中预警和控制系统的要求，1966年分别与波音公司等公司签订了飞机和雷达系统的研制合同，随后又以波音707为基础制造了3架原型机，这就是E-3预警机的前身。1975年E-3的第一架原型机试飞，1977年第一架生产型交付使用。
E-3的主要型别有A、B、C、D四种。E-3A为美军的首批生产型，其机体与波音707基本相同，但机舱内作了很大的改动。机载设备可分成搜索雷达、敌我识别器、数据处理、通信、导航与导引、数据显示与控制等6个部分。其中脉冲多普勒雷达可以根据不同的作战条件把360度方位圆划分成32个扇形区，分别在每个扇形区内选用恰当的工作方式组合，排出雷达扫描工作程序，以适应下视、超地平线远程搜索、海上目标搜索和干扰源方位测定等不同作战任务的需要。在9000米高度上作值勤巡航时，E-3A能以不同雷达工作方式，有效地探测半径370千米范围内的高空与低空空中目标和水上目标，并能通过舰艇和车辆上的应答器获取已方部队展开情况。系统目标处理容量大、抗干扰能力强，能同时处理400到600个不同目标。
E-2B是美军用的头两架E-3改进发展的，与A型比提高了目标处理能力并具有搜索海上舰艇的能力；E-3C和E-3D是给北大西洋公约组织及英国空军的型号，基本与E-3B相同，但为适应欧洲作战环境改装了抗干扰通信系统。
（2）A-50预警机
A-50空中预警飞机，主要用于配合米格-29、米格-31或苏-27执行防空或战术作战任务，可以提供对陆地和海上的空中预警、指挥和控制能力，于1986年开始装备部队。A-50是选用大型喷气运输机伊尔-76改装成载机的。该机机身上方装有一个直径9米、高2米的全方位旋转雷达天线罩；前机身上面装有卫星导航和通讯天线；机头下方装有地形测绘雷达；机腹两侧的天线罩内为电子对抗监视天线。机上装有先进的计算机数据处理系统，可以标示、记录雷达接收到的信息，并对所获得目标的数据进行处理和分析。
（3）“费尔康”预警机
除了美国和俄罗斯以外，只有少数国家拥有研制预警机的能力，而以色列就是其中之一。“费尔康”预警机就是以色列飞机公司与其下属的ELLA公司于20世纪80年代末联合研制的一种全新概念的预警机，它由波音707客机改装而来，某些性能甚至超过了美、俄预警机。“费尔康”预警机采用了有源相控阵雷达及飞机外皮与天线阵融合为一体等新技术，不像E-3预警机那样采用机背圆盘天线整流罩，与传统的预警机相比，“费尔康”预警机安装了6个格板型相控阵L波段保形雷达，可360度全方位覆盖。
量子通信技术的应用
量子通信的简介
所谓量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式，是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。量子通信具有高效率和绝对安全等特点，是此刻国际量子物理和信息科学的研究热点。
由于人们对纠缠态粒子之间的相互影响一直有所怀疑，几十年来，物理学家一直试图验证这种神奇特性是否真实。
1982年，法国物理学家艾伦·爱斯派克特和他的小组成功地完成了一项实验，证实了微观粒子“量子纠缠”的现象确实存在，这一结论对西方科学的主流世界观产生了重大的冲击。从笛卡儿、伽利略、牛顿以来，西方科学界主流思想认为，宇宙的组成部份相互独立，它们之间的相互作用受到时空的限制。量子纠缠证实了爱因斯坦的“幽灵”——超距作用的存在，它证实了任何两种物质之间，不管距离多远，都有可能相互影响，不受四维时空的约束，是非局域的，宇宙在冥冥之中存在深层次的内在联系。
在量子纠缠理论的基础上，1993年，美国科学家贝内特提出了量子通信的概念。量子通信是由量子态携带信息的通信方式，它利用光子等基本粒子的量子纠缠原理实现保密通信过程。量子通信概念的提出，使爱因斯坦的“幽灵”——量子纠缠效益开始真正发挥其真正的威力。
1993年，在贝内特提出量子通信概念以后，6位来自不同国家的科学家，基于量子纠缠理论，提出了利用经典与量子相结合的方法实现量子隐形传送的方案，即将某个粒子的未知量子态传送到另一个地方，把另一个粒子制备到该量子态上，而原来的粒子仍留在原处，这就是量子通信最初的基本方案。量子隐形传态不仅在物理学领域对人们认识与揭示自然界的神秘规律具有重要意义，而且可以用量子态作为信息载体，通过量子态的传送完成大容量信息的传输，实现原则上不可破译的量子保密通信。
1997年在奥地利留学的中国青年学者潘建伟与荷兰学者波密斯特等人合作，首次实现了未知量子态的远程传输。这是国际上首次在实验上成功地将一个量子态从甲地的光子传送到乙地的光子上。实验中传输的只是表达量子信息的“状态”，作为信息载体的光子本身并不被传输。
经过二十多年的发展，量子通信这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展，主要涉及的领域包括：量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等。
量子计算
曾创作出《侏罗纪公园》和《失去的世界》等作品的著名科幻作家迈克尔·克莱顿，在科幻小说《时间线》中曾尝试用文学的笔调来想象量子计算的神奇。其中，一家名为“国际技术公司”的经理们如此推销其眼中的高新科技：“普通的计算机用电子的两种状态计算，这两种状态被定为0和1。但在20年前，理查德·费曼就提出，有可能利用电子所有的32个量子态来进行快速计算。现在有诸多实验室正在试图制造这样的计算机。它们的优点是难以想象的、强大的并行计算能力。”
作为科幻作品，克莱顿的小说中充斥着“量子多宇宙”、“量子泡沫虫洞”、“量子运输”、“量子纠缠态”等令人既感新奇又感陌生的词汇，书中的“电子的32个量子态”说法也并不科学。然而，克莱顿预言的量子“并行计算”的强大潜力和美好前景，如今却正在现实世界一步步得到印证。
具体而言，1965年，英特尔公司的创始人之一戈登·摩尔针对电子计算机技术的发展提出了“每18个月计算能力翻倍”的摩尔定律。然而，由于传统技术的物理局限性，这一能力或将在未来10～20年之内达到极限。据保守估计，2018年芯片制造业就将步入16纳米的工艺流程，业内专家则认为，16纳米制程已经是普通硅芯片的尽头。事实上，当芯片的制程小于20纳米之后，量子效应就将严重影响芯片的设计和生产，单纯通过减小制程将无法继续遵循摩尔定律，而突破的希望恰在于量子计算。
从理论上讲，一个250量子比特，即由250个原子构成的存储器，可能存储的数达2的250次方，比现有已知的宇宙中全部原子数目还要多。无论在基础理论还是在具体算法上，量子计算都是具有超越性的。因此，对量子计算的相关研究及量子计算机的具体研制已成为世界科学领域最闪亮的“明珠”之一。比如，美国国防部对此就给予了高度重视，国防高级研究计划署专门制定了名为“量子信息科学和技术发展规划”的研究计划，其对外公开宣称的目标是，若干年内要在核磁共振量子计算、中性原子量子计算、谐振量子电子动态计算、光量子计算、离子阱量子计算及固态量子计算等领域取得重大研究进展。
今天，倘若我们要追溯风靡全球的信息化战争之科技源头的话，无疑是1946年世界第一台计算机诞生所开启的电子信息科技革命。然而，这一曾彻底颠覆机械化战争图景的电子信息科技，在遵循“摩尔定律”飞速前行了数十年之后，制约其进一步发展的系列问题日渐凸显：电子计算机的极限运算速度是否存在？越来越一体化的电子信息网络如何应对“网电空间战”？对此，近年来不断突破的量子信息科技正在开启新的机遇之门，势必在未来重新涂抹战神的面孔。
量子密码
近年来，谍战剧热播荧屏，围绕着夺取情报、破译密码，一个个斗智斗勇的故事，吸引了无数观众的眼球。然而很多人并不知道，随着量子信息技术的发展，密码通讯正在迎来划时代的变化，一种永远无法破译的密码或将在不远的未来登上军事斗争舞台，这就是量子密码。
具体来说，目前的密码大都采用单项数学函数的方式，应用了因数分解或其他复杂的数学原理。例如，在目前互联网上比较常用的RSA密码算法，就是应用因数分解的原理。因为要计算两个大质数的乘积很容易，但要将乘积分解回质数却极为困难，这就使得密码很难被破解。然而，美国科学家皮特·休尔却提出了“量子算法”，它利用量子计算的并行性，可以快速分解出大数的质因子，这意味着以大数因式分解算法为根基的密码体系在量子计算机面前不堪一击。
差不多同时，另一个著名的量子算法——“量子搜寻算法”也被提出，用该方法攻击现有密码体系，经典计算需要1000年的运算量，量子计算机只需小于4分钟的时间，从而使传统密码领域遭遇前所未有的挑战，以致有科学家宣称：“其意义不亚于核武器……一旦有些国家拥有了量子计算机，而另一些国家却没有，当战争爆发的时候，这就犹如一个瞎子和一个睁眼的人在打架一样，对方可以把你的东西看得清清楚楚，而你却什么都看不到。”
当然，量子计算机的出现虽然会对传统密码产生颠覆，但是量子信息同时也提供了一个守护神，即一种理论上无法破解的密码——量子密码。由于采用量子态作为密钥，具有不可复制性，因而无破译的可能，量子密码的出现也因此被视为“绝对安全”的回归。世界各国纷纷将其纳入国防科技发展战略之中。如美国洛斯阿拉莫斯国家实验室就在研究量子局域网的密码体系和自由空间量子密码。此外，英国国防部及欧盟各国也启动了类似的量子密码研究计划。
这个世界上真的存在“超时空隧道”吗？对此，科学家给出的答案是，伴随着量子信息科技的持续发展，未来这一幻想不是没有实现的可能。当然，这一说法今天看来依然不无夸张，但其所谓的与“量子纠缠”密切关联的“量子态隐形传输”则正在变为现实。
通俗而言，两个相距遥远的陌生人不约而同地想做同一件事，好像有一根无形的线绳牵着他们，这种神奇现象可谓“心灵感应”。与此类似，所谓量子纠缠，是指在微观世界里，有共同来源的两个微观粒子之间存在着纠缠关系，不管它们距离多远，只要一个粒子状态发生变化，就能立即使另一个粒子状态发生相应变化。量子通信正是利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通信方式。此种通信技术若能得以实现，其影响将是划时代的。
在时空方面，由于量子通信属于超光速通信，不仅是“最快的通信”，而且有穿越大气层的可能，从而为基于卫星量子中继的全球化通信网奠定了可靠基础。日前，德国物理学家就正在利用量子纠缠效应打造量子互联网，其研究人员称：“我们已经实现了第一个量子网络原型，在节点之间完成了量子信息的可逆交换。此外，还可以在两个节点之间产生远程纠缠，并保持约100微秒……未来人们通过它不仅可以进行远距离的量子信息沟通，而且还将使大型量子互联网完全实现成为可能。”
显然，这一量子通信技术在军事应用方面有着无与伦比的广阔前景，量子隐形通信系统将建立在各类作战指挥控制体系之间和各种侦察预警系统、主要作战平台以及量子微空间武器系统之中，构建出量子信息化战场的通信网络，以其超大信道容量、超高通信速率等特性，在未来的信息化战争中扮演无可替代的角色。因此，近年来，美国国防高级研究计划署启动了多项量子通信方面的相关研究计划。英国、德国、日本等国也都将量子通信技术纳入议程，对其开展了广泛的探索。
3D打印技术
定义
3D打印技术，是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。与传统制造业通过模具、车铣等机械加工方式对原材料进行定型、切削以最终生产成品不同，3D打印将三维实体变为若干个二维平面，通过对材料处理并逐层叠加进行生产，大大降低了制造的复杂度。这种数字化制造模式不需要复杂的工艺、不需要庞大的机床、不需要众多的人力，直接从计算机图形数据中便可生成任何形状的零件，使生产制造得以向更广的生产人群范围延伸。
3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、打印玩具车，打印各种模型，甚至是食物等等。之所以通俗地称其为“打印机”是因为3D打印机参照了普通打印机的技术原理，分层加工的过程也与喷墨打印十分相似。
3D打印技术可以加工传统方法难以制造的零件。传统的制造方法就是一个毛坯，把不需要的地方切除掉，是多维加工的，或者采用模具把金属和塑料融化灌进去得到这样的零件，这样对复杂的零部件来说加工起来非常困难。
立体打印技术对于复杂零部件而言具有极大的优势。3D打印技术实现了首件的净型成形，大大减小后期辅助加工量，避免了加工的数据泄密和时间跨度，适合一些高保密性的行业，如军工、核电领域。再次由于制造准备和数据转换的时间大幅减少，使得单件试制、小批量出产的周期和成本降低，特别适合新产品的开发和单件小批量零件的出产。
这些速度快、高易用性等优势使得3D打印成为一种潮流，并且在很多领域得到了应用。如今3D打印机已经在建筑设计、医疗辅助、工业模型、复杂结构、零配件、动漫模型等领域都已经有了一定程度的应用。尤其在飞机、核电和火电等使用重型机械、高端精密机械的行业，3D打印技术“打印”的产品是自然无缝连接的，结构之间的稳固性和连接强度要远远高于传统方法。
3D打印机在21世纪初的实际使用仍属于快速成型范畴，即为企业在生产正式的产品前提供产品原型的制造，业内也将这类原型称作“手板”。据统计，3D打印机生产的产品中80%是产品原型，有20%是最终产品。虽然3D打印机技术在21世纪初取得不小的进步，比如材料增多、打印机和原材料价格逐渐下降，但是一项年轻的技术，在没有变得更加成熟和廉价前，并不会被企业大规模采用。
3D打印技术的应用范围
3D打印未来可在以下几个行业中得到广泛使用：
（1）传统制造业：3D打印无论是在成本、速度和精确度上都远胜于传统制造技术。3D打印技术本身非常适合大规模生产。比如，汽车行业在进行安全性测试等工作时，可以将一些非关键部件用3D打印的产品替代，在追求效率的同时降低成本。
（2）医疗行业：在外科手术中，3D打印技术可为需要器官移植的患者“量身打造”所需器官，无需担心排异反应。而且价格也便宜的多，打印一个人体心脏瓣膜，只需要10美元的高分子材料。
（3）文物保护：博物馆里常常会用很多复杂的替代品来保护原始作品不受环境或意外事件的伤害，同时复制品也能将艺术或文物影响更多更远的人。
（4）建筑设计行业：在建筑行业里，工程师和设计师们已经逐渐开始使用3D打印机打印的建筑模型，这种方法快速、成本低、环保，同时制作精美，完全合乎设计者的要求，同时又能节省大量材料。
（5）配件饰品行业：3D打印技术很好地满足了配件饰品消费者个性化、多样化的消费需求，国内外已经有一些公司开始为消费者提供个性化3D打印服务。
3D打印技术的实际成果
1.航模飞机
3D打印机曾用于制造一些机械零部件和小玩具，但是在2012年，美国弗吉尼亚大学工程系的研究人员采用最新的3D打印技术制造了一架无人飞机，机翼宽1.9米，巡航时速达到每小时72千米。
2.3D打印胚胎干细胞
英国研究人员首次用3D打印机打印出胚胎干细胞，干细胞鲜活且保有发展为其他类型细胞的能力。研究人员说，这种技术或可制造人体组织以测试药物、制造器官甚至直接在人体内打印细胞。打印24小时后，95%以上细胞仍然存活，打印过程未杀死细胞。打印3天后，超过89%细胞存活，而且仍然维持多能性，即分化出多种细胞组织的潜能。
3.打印头骨
2013年2月9日报道，美国的一家医院完成了一项非常大胆的手术：使用3D打印出人的头骨，来替代患者原本高达75%已受损骨骼。这次手术已经顺利完成，使用了康涅狄格州牛津性能材料公司提供的原材料，至2013年2月为止，患者的病情已稳定。
4.打印人工耳
美国康奈尔大学和威尔·康奈尔医学院的研究人员合作，利用3D打印技术用含有牛耳活细胞的凝胶造出一种新型人工耳，无论在外观还是功能上，均可与真耳相媲美。为造出这种生物工程耳，研究人员先用快速旋转3D相机拍摄数名儿童耳朵信息，输入计算机形成3D图像，然后按照图像用3D打印机打出一个固体模子，并在其中注入一种高密度胶原蛋白凝胶，其中含有能生成软骨的牛耳细胞。此后数周内，软骨逐渐增多并取代凝胶，3个月后软骨会形成柔韧的外耳，替代最初用于塑形的胶原蛋白支架。
激光技术的大规模应用
定义
激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。
激光的原理早在1916年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现，但直到1960年激光才被首次成功制造。激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生的，它一问世就获得了异乎寻常地飞快发展。激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的出现。激光可使人们有效地利用前所未有的先进方法和手段，去获得空前的效益和成果，从而促进了生产力的快速发展。
激光的特点
1.定向发光
普通光源是向四面八方发光，要让发射的光朝一个方向传播，需要给光源装上一定的聚光装置，如汽车的车前灯和探照灯都是安装有聚光作用的反光镜，使辐射光汇集起来向一个方向射出。激光器发射的激光，天生就是朝一个方向射出，光束的发散度极小，大约只有0.001弧度，接近平行。1962年，人类第一次使用激光照射月球，地球离月球的距离约38万千米，但激光在月球表面的光斑不到两千米。若以聚光效果很好、看似平行的探照灯光柱射向月球，按照其光斑直径将覆盖整个月球。
2.亮度极高
在激光发明前，人工光源中高压脉冲氙灯的亮度最高，与太阳的亮度不相上下。而红宝石激光器的激光亮度，能超过氙灯的几百亿倍。因为激光的亮度极高，所以能够照亮远距离的物体。红宝石激光器发射的光束在月球上产生的照度约为0.02勒克斯，颜色鲜红，激光光斑肉眼可见。若用功率最强的探照灯照射月球，产生的照度只有约一万亿分之一勒克斯，人眼根本无法察觉。激光亮度极高的主要原因是定向发光，大量光子集中在一个极小的空间范围内射出，能量密度自然极高。激光的亮度与阳光之间的比值是百万级的，而且它是人类创造的。
3.颜色极纯
光的颜色由光的波长或频率决定，一定的波长对应一定的颜色。太阳辐射出的可见光段的波长分布范围约在0.76微米至0.4微米之间，对应的颜色从红色到紫色共7种颜色，所以太阳光谈不上单色性。发射单种颜色光的光源称为单色光源，它发射的光波波长单一。比如氪灯、氦灯、氖灯、氢灯等都是单色光源，只发射某一种颜色的光。单色光源的光波波长虽然单一，但仍有一定的分布范围。如氖灯只发射红光，单色性很好，被誉为“单色光之冠”，但是它的波长分布范围仍有0.00001纳米，因此氖灯发出的红光，若仔细辨认仍包含有几十种红色。由此可见，光辐射的波长分布区间越窄，单色性越好。
激光器输出的光，波长分布范围非常窄，因此颜色极纯。以输出红光的氦氖激光器为例，其光的波长分布范围可以窄到2×10-9纳米，是氪灯发射的红光波长分布范围的万分之二。由此可见，激光器的单色性远远超过任何一种单色光源。
激光技术的应用
1.激光加工技术
激光的空间控制性和时间控制性很好，对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境的自由度都很大，特别适用于自动化加工。激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备，目前已成为企业实行适时生产的关键技术，为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。
2.激光快速成型
用激光制造模型时用的材料是液态光敏树脂，它在吸收了紫外波段的激光能量后便发生凝固，变化成固体材料。把要制造的模型编成程序，输入到计算机，激光器输出来的激光束由计算机控制光路系统，使它在模型材料上扫描刻划，在激光束所到之处，原先是液态的材料凝固起来。激光束在计算机的指挥下作完扫描刻划，将光敏聚合材料逐层固化，精确堆积成样件，造出模型。所以，用这个办法制造模型，速度快，造出来的模型又精致。该技术已在航空航天、电子、汽车等工业领域得到广泛应用。
3.激光切割
激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。脉冲激光适用于金属材料，连续激光适用于非金属材料，后者是激光切割技术的重要应用领域。但激光在工业领域中的应用是有局限和缺点的，比如用激光来切割食物和胶合板就不成功，食物被切开的同时也被灼烧了，而切割胶合板在经济上还远不合算。
4.激光焊接
激光束照射在材料上，会把它加热至融熔，使对接在一起的组件结合在一起，即是焊接。激光焊接，用比切割金属时功率较小的激光束，使材料熔化而不使其气化，在冷却后成为一块连续的固体结构。激光焊接技术具有溶池净化效应，适用于相同和不同金属材料间的焊接。由于激光能量密度高，对高熔点、高反射率、高导热率和物理特性相差很大的金属焊接特别有利。
5.激光手术
激光能产生高能量﹑聚焦精确的单色光，具有一定的穿透力，作用于人体组织时能在局部产生高热量。激光手术就是利用激光的这一特点，去除或破坏目标组织，达到治疗的目的。目前应用比较成熟的激光手术主要包括激光切割和激光换肤。
6.激光武器
激光武器有它的独特性，令它被广泛应用于防空、反坦克、轰炸机自卫等军事用途。激光之所以能成为威力强大的武器，是因为它有三个层次的破坏能力：
（1）烧蚀效应
跟激光热加工原理一样，当高能激光束射到目标时，激光的能量会被目标的材料吸收，转化为热能。这些热能足以令目标部分或完全穿孔、断裂、熔化、蒸发、甚至产生爆炸。
（2）激波效应
如目标材料被气化，目标材料会在极短时间内产生反冲作用，形成压缩波使材料表面层裂碎开，碎片向外飞时造成进一步破坏。
（3）辐射效应
目标材料气化的同时会形成等离子体云，能产生辐射紫外线及X光线，使目标内部的电子零件被破坏。
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