سباق التسلح الكمومي بين الولايات المتحدة والصين… كيف تتغير معالم الحروب؟

في السبعينيات من القرن العشرين، وفي خضم الحرب الباردة، بدأ المخططون العسكريون الأميركيون يقلقون إزاء تهديد نظم الصواريخ الدفاعية السوفيتية والنظم الموجهة بالرادار التي تملكها دول أخرى. واستجابةً لهذا التطور الدفاعي، قام مهندسون في مؤسسات كبرى مثل شركة لوك-هيد مارتن الدفاعية الأميركية، وفي وحدة "سكانك ووركس" الشهيرة، بتصعيد العمل على تقنيات الإخفاء القادرة على حماية الطائرات من الرادارات المعادية.

وقدمت الابتكارات الناتجة عن هذه العملية أشكالاً غير اعتيادية للطائرات لصد موجات الرادار، مثل قاذفة الصواريخ الأميركية "بي-2" بتصميم "الجناح الطائر" (الصورة أعلاه)، وكذلك استخدمت مواداً كربونية ومواد طلاء مبتكرة. لكن تكنولوجيا الإخفاء لم تصل بعد إلى مستوى "عباءة الإخفاء" المسحورة من عالم هاري بوتر؛ فحتى أكثر طائرات اليوم تطوراً ما زالت تعكس بعض موجات الرادار. لكن هذه الإشارات قليلة وخافتة لدرجة أنها تتشتت وسط الموجات المتداخلة الأخرى في الجو، ما يسمح للطائرة بالمرور في خفاء.

لكن منذئذ تمكنت كل من الصين وروسيا من إنتاج طائرات خفية، وإن كانت الطائرات الأميركية ما زالت هي الأفضل. وقد منح هذا التفوق للولايات المتحدة تفوقاً في إطلاق هجمات مفاجئة ضمن حملات مثل الحرب على العراق التي بدأت في 2003.

لكن هذا التقدم مُهدد حالياً؛ ففي نوفمبر 2018 كشفت شركة "إلكترونيكس تكنولوجي جروب كوربوريشن الصينية" (اختصاراً CETC) – وهي أكبر شركة إلكترونيات عسكرية صينية – عن نموذج لرادار يُزعم أنه قادر على اكتشاف الطائرات الشبح أثناء طيرانها. يستعين الرادار بتقنيات عجيبة من عالم الفيزياء الكمومية، بما يساعد على كشف مواقع الطائرات.

وليس هذا إلا واحد من عدة تقنيات كمومية قادرة على تغيير طبيعة الحروب. وبالإضافة إلى كشفها لحركة الطائرات الشبح، يمكن لهذه التكنولوجيا أن تحسّن من أمان الاتصالات على أرض المعركة، وأن تؤثر على قدرة الغواصات على الملاحة في المحيطات في خفاء. ولقد أدى السعي وراء هذه الابتكارات إلى سباق تسلح جديد بين الولايات المتحدة والصين، وهو سباق تسلح في عصر الفيزياء الكمومية، التي تتيح فرصة غير مسبوقة لإحراز تقدم في هذه المنافسة على التسلح بين الغرماء.

رصد الطائرات الشبحية خفيّة التحركات

سوف تعتمد سرعة تأثير التكنولوجيا الكمومية على القوى العسكرية على أعمال باحثين مثل جوناثان بوغ، الأستاذ في جامعة واترلو في كندا، الذي يعمل على جهاز هو جزء من مشروع أكبر لتطوير رادار كمومي. والجهات المستخدمة المتوقعة لهذا الاختراع هي محطات القطب الشمالي التي تديرها القيادة الجوية لأميركا الشمالية، أو نوراد NORAD اختصاراً، وهي هيئة مشتركة بين الولايات المتحدة وكندا.

تولد آلة بوغ أزواجاً من الفوتونات تتحرك بوتيرة "متداخلة"، وهي الظاهرة التي تعني تشارك جزيئات الضوء لحالة كمومية واحدة. فالتغير في فوتون يؤثر فوراً على حالة الفوتون الآخر الذي يتحرك معه، ولو كانت بين الفوتونين مسافات شاسعة.

يعمل الرادار الكمومي عن طريق أخذ فوتون واحد من كل زوج فوتونات، ويتم إطلاقه عبر مسار ذات تردد موجي بالغ الصغر. ويتم الاحتفاظ بالفوتون الآخر من كل زوج داخل منظومة الرادار.

ينعكس عدد قليل من الفوتونات التي يتم إطلاقها عائدة إذا اصطدمت بطائرة شبح. ولا يمكن للرادار التقليدي أن يميز بين هذه الفوتونات العائدة والفوتونات الكثيرة الأخرى التي تصل إليه بصورة طبيعية أو عبر أجهزة التشويش على الرادار. لكن الرادار الكمومي قادر على تبين الفوتونات المرتدة عن الطائرات الشبح وتمييزها عن الفوتونات الأخرى. يُمكّنه هذا من تبين أدق وأصغر الإشارات الدالة على مواقع الطائرات المتخفية.

لكن بوغ يُحذر من أن هناك تحديات هندسية كبرى ليس لها حلول عملية بعد. ومنها تطوير تيارات موثوقة من الفوتونات الزوجية وبناء مجسات شديدة الحساسية. من الصعب معرفة إن كانت شركة CETC الصينية، التي ادعت في 2016 قدرة رادارها على اكتشاف الأجسام على بُعد 100 كم، قد تعاملت مع هذه التحديات؛ فهي تحتفظ بسريّة اختراعها التجريبي وتفاصيله التقنية.

ويقول سيثل ويد – أستاذ "إم آي تي" الذي طور النظرية وراء الرادار الكمومي – إن في غياب أدلة ملموسة، فسوف يبقى متشككاً إزاء ادعاءات الشركة الصينية. لكنه أضاف إن الرادار الكمومي ابتكار سيتحقق لا محالة. ولدى بدء استخدام هذا الجهاز بشكل امل، فسوف يؤشر ببداية نهاية عصر الطائرة الشبح.

طموحات الصين

تُعد أعمال شركة CETC الصينية جزءاً من جهود طويلة الأجل تبذلها الصين لتتحول إلى الدولة القائدة للتكنولوجيا الكمومية. فالصين تُقدم تمويلاً سخياً لمراكز البحوث الكمومية الجديدة والجامعات التي تبحث بهذا المجال، وتقوم بتشييد مركز بحوث العلوم الكمومية الصينية المقرر افتتاحه في 2020. ولقد حققت الصين بالفعل قفزة كبيرة سبقت بها الولايات المتحدة، إذ سجلت براءات اختراع تخص الاتصالات الكمومية والتشفير الكمومي (انظر الشكل البياني).

صدرت دراسة حول استراتيجية الصين الكمومية في سبتمبر 2018 من إصدار "مركز الأمن الأميركي الجديد CNAS" – وهي مؤسسة بحثية أميركية مستقلة – حيث أشارت إلى قيام حزب جيش التحرير الشعبي الصيني باستقدام وتعيين أخصائيين في الفيزياء الكمية، مع قيام شركات معدات عسكرية كبيرة مثل شركة صناعة السفن الصينية CSIC بتهيئة مختبرات كمومية مشتركة بمقار الجامعات. لكن كان من الصعب معرفة طبيعة المشروعات التي بها عناصر عسكرية. تقول إلسا كانيا المشاركة في تأليف دراسة مركز CNAS: "هناك درجة من الإبهام والغموض هنا، وربما كان بعض هذا الإبهام مقصوداً".

وتصعد الصين من مساعيها وسط تزايد المخاوف من فقدان الجيش الأميركي للسبق التكنولوجي. فقد قامت لجنة بتكليف من الكونغرس بمراجعة استراتيجية ترامب الدفاعية وأصدرت تقريرها في نوفمبر 2018، وحذرت فيه من أن هامش التفوق الأميركي "يتضاءل بقوة في عدة مجالات أساسية" وطالبت بمزيد من الاستثمار في تكنولوجيا المعارك الجديدة.

ومن هذه المجالات التكنولوجية على الأرجح شبكات الاتصال الكمومية. فقد قام باحثون صينيون ببناء قمر اصطناعي قادر على إرسال رسائل كمومية مشفرة بين مواقع متباعدة للغاية، فضلاً عن ابتكار شبكات أرضية ممتدة بين بكين وشنغهاي بنفس التكنولوجيا. وقد طور المشروعين باحثون علميون، لكن يمكن بسهولة تكييف هذه المعارف والبنية التحتية في الاستخدامات العسكرية.

تعتمد الشبكات المذكورة على نهج يُعرف باسم توزيع المفاتيح الكمومية (quantum key distribution) حيث يتم تشفير الرسائل على شكل بتات إلكترونية تقليدية، وتكون هناك حاجة إلى مفاتيح تشفير لفك كشفرتها، ويتم إرسال هذه المفاتيح عبر بتات كمومية أو ما يُسمى كيوبتات. هذه الكيوبتات هي فوتونات قادرة على الانتقال بسهولة عبر شبكات الألياف الضوئية أو عبر المجال الجوي. وإذا حاول أي طرف معادٍ اعتراض وقراءة هذه الكيوبتات، تُدمر نفسها على الفور وتمحو البيانات التي تحملها، تاركة وراءها ما يدل على حدوث محاولة اعتراض.

لكن ليست تقنية توزيع المفاتيح الكمومية (QKD) بالتقنية الآمنة تماماً بعد؛ فالشبكات البرية الممتدة على مساحات كبيرة تحتاج إلى محطات وسيطة مماثلة لمحطات البث الأساسية – لدى نقطتي الإرسال والاستقبال – لتقوم بتقوية الإشارة على امتداد كابل بيانات عادي. ولدى هذه المحطات، يتم فك شفرة المفاتيح الكمومية إلى الصيغة التقليدية، قبل معاودة تشفيرها من جديد إلى الصيغة الكمومية وإرسالها إلى المحطة الوسيطة التالية، وهلم جرا. وأثناء حمل البيانات باستخدام مفاتيح مشفرة تقليدية، يمكن "للعدو" أن يقرصنها وينسخها دون اكتشاف العملية.

وللتغلب على هذه المشكلة، قام فريق من الباحثين في مختبر البحوث العسكرية الأميركي في أديلفي بولاية ميريلاند بالعمل على نهج يُسمى "الانتقال اللحظي الكمومي" (quantum teleportation). يشمل هذا استخدام ازدواج الإشارة في نقل البيانات بين اثنين من الكيوبتات، الأولى عند محطة الإرسال والثانية عند محطة الاستقبال، باستخدام ما يمكن وصفه بكابل للبيانات الكمومية يستخدم لمرة واحدة فقط.

ويقول مايكل برودسكي، من فريق الباحثين، إنه يعمل برفقة زملائه على التعامل مع عدة تحديات تقنية، ومنها اكتشاف سبل لضمان عدم اضطراب الحالة الحساسة للكيوبتات أثناء البث عبر شبكات الألياف الضوئية. ما زالت هذه التكنولوجيا قاصرة على المختبر، لكن الفريق يقول إنه قد أصبحت قوية بالقدر الكافي لاختبارها خارج ظروف المختبر. ويقول برودسكي موضحاً: "يمكن تنصيب شرائح محطات الإرسال والاستقبال والتقوية على متن شاحنات، ويمكن نقلها للعمل الميداني".

لن يطول الوقت قبل أن تختبر الصين نظاماً كمومياً خاصاً بها لنقل البيانات؛ حيث يقوم باحثون حالياً ببناء شبكة من الألياف الضوئية بين مدينة زوهاي قرب ماكاو وبعض الجزر في محيط هونج كونغ.

البوصلة الكمومية

كما يعكف الباحثون على استكشاف بعض الأساليب الكمومية في تقديم أدوات ملاحة أعلى دقة للمؤسسات العسكرية. وقد بدأت الطائرات والسفن الحربية الأميركية بالاعتماد على ساعات ذرية دقيقة تساعدها على معرفة موقعها بدقة. لكنها تعتمد أيضاً على إشارات النظام العالمي لتحديد المواقع GPS، وهو شبكة من الأقمار الاصطناعية التي تدور في فلك الأرض. يمثل هذا خطراً، فقد يقوم طرف معادٍ بتزييف إشارات هذا النظام، أو ربما يعترض إشاراته ويحجبها عن أجهزة الملاحة.

تعتقد شركة لوكهيد مارتن أن البحارة الأميركيون يمكنهم استخدام البوصلة الكمومية التي تعتمد على أحجار ميكروسكوبية من الماس الصناعي تتخللها عيوب أو تشوهات ذات أبعاد ذرية تُعرف باسم مراكز الفراغ النيتروجيني (NV Center). يمكن الاستفادة من هذه الفراغات الكمومية ضمن البنية الشبكية لحجر الماس الصناعي في تصميم أجهزة بالغة الدقة لقياس المغناطيسية. فمع تسليط شعاع ليزر على مراكز الفراغ النيتروجيني تبث الأحجار شعاعاً ضوئياً بكثافة تتغير بحسب طبيعة الحقل المغناطيسي المحيط بها.

ويقول نيد آلان – كبير علماء لوكهيد مارتن – إن مقياس المغناطيسية مفيد للغاية في اكتشاف الاضطرابات المغناطيسية الكامنة في المجال المغناطيسي لكوكب الأرض، والتي يتسبب فيها تباين تضاريس الأحجار التي لها مجال مغناطيسي. تمثل هذه التباينات في الواقع خرائط تفصيلية ترسمها الأقمار الاصطناعية وعمليات مسح التضاريس. ومن خلال تتبع التضاريس الخاصة بالمجال المغناطيسي التي يقيسها مقياس المغناطيسية – بفضل تلك الخرائط المعدة سلفاً – يمكن تحديد المواقع بكل دقة. ونظراً لوجود جهاز يقيس أيضاً اتجاهات المجالات المغناطيسية التي يرصدها، فمن الممكن للسفن والغواصات استخدام القياسات في معرفة الاتجاه الذي تسير فيه.

ويشعر الجيش الصيني بالقلق إزاء التهديدات التي تترصد نسخته الخاصة من نظام GPS، وتُسمى "بي-دو BeiDou". وهناك أبحاث جارية في مجال الملاحة الكمومية وتكنولوجيا الاستشعار في مختلف مؤسسات الصين، بحسب تقرير صادر عن مركز CNAS الأميركي.

وبالإضافة إلى استخدام مقياس المغناطيسية في الملاحة، فهو قادر أيضاً على رصد وتعقب حركة الأجساد المعدنية الكبيرة، مثل الغواصات، عبر قياس الاضطرابات التي تحدثها في المجالات المغناطيسية بالمواقع التي تبحر فيها. ولأن مقياس المغناطيسية جهاز بالغ الحساسية، فمن السهل أن تشوش عليه موجات أخرى، لذا فهو حتى الآن مُستخدم في الرصد على مسافات قصيرة للغاية. لكن سرّبت الأكاديمية الصينية للعلوم في العام الماضي نبأ عن اكتشاف الباحثين الصينيين طريقة لتحسين استخدام هذه التكنولوجيا الكمومية. وقد يعني هذا ابتكار أجهزة يمكن استخدامها في المستقبل لرصد تحركات الغواصات من على مسافات بعيدة للغاية.

سباق محتدم

ما زال من المبكر للغاية أن تُقبل الجيوش على استخدام التكنولوجيا الكمومية في العمليات العسكرية. فلا توجد بعد ضمانة بأنها ستحسن الأداء في العمليات أو في سياق المعارك، حيث لابد من توفر أقصى درجات الثقة في قياسات الأجهزة المختلفة. إلا إنه إذا نجحت هذه المساعي، فسوف يكون للتشفير الكمومي والرادار الكمومي أثرٌ هائل. فقد ساعد فك التشفير وابتكار الرادار في تغيير مسار الحرب العالمية الثانية. ويمكن للاتصالات الكمومية أن تجعل فك تشفير الرسائل السرية عملية في غاية الصعوبة،

أو حتى مستحيلة تماماً. ويمكن للرادار الكمومي أن يجعل الطائرات الشبح مرئية تماماً مثل أي طائرات أخرى. أي أن هذين التطورين قادران على تغيير المشهد العسكري بالكامل.

لكن ما زال من المبكر معرفة ما إذا كانت الصين أو الولايات المتحدة هي التي ستفوز بسباق التسلح الكمومي هذا، أو ما إذا كان هذا السباق سيؤدي إلى حالة جمود أشبه ما تكون بالحرب الباردة. على أن الأموال التي تنفقها الصين على الأبحاث الكمومية تعد مؤشراً على مدى تصميمها على الفوز بالسباق.

ولقد تمكنت الصين أيضاً من إنشاء علاقات عمل وثيقة بين مختلف المؤسسات البحثية الحكومية والجامعات والشركات مثل شركتي CSIC وCETC، في حين لم تتجاوز الولايات المتحدة بعد مرحلة وضع تشريعات لوضع خطة وطنية لتنسيق جهود القطاعين العام والخاص في هذا الصدد. إن التأخير في اعتماد هذا المنهج في العمل قد أدى إلى وجود مشروعات كثيرة ومتباعدة تعمل من دون تنسيق متبادل فيما بينها، ما قد يؤدي إلى تباطؤ التطور في استخدام التكنولوجيا المذكورة في التطبيقات العسكرية النافعة. يقول برودسكي الخبير الكمّي العسكري الأميركي: "إننا نحاول دفع المجتمع البحثي الأميركي إلى انتهاج مقاربة أكثر تنسيقاً للعمل".

لكن ما زال الجيش الأميركي ينعم بمزايا كبيرة على نظيره الصيني. فوزارة الدفاع الأميركية تستثمر في الأبحاث الكمومية منذ فترة طويلة جداً، وكذلك هو حال وكالات التجسس الأميركية. والمعارف الناتجة عن هذه المساعي تساعدنا في فهم احتلال الشركات الأميركية للصدارة في مجالات مثل تطوير حواسيب كمومية فائقة، قادرة على توظيف الكيوبتات في توليد كميات هائلة من طاقة المعالجة الحاسوبية.

ويمكن للجيش الأميركي أيضاً الاستفادة من أعمال حلفائه ومن نشاط المجتمع البحثي المزدهر داخل الأراضي الأميركية. فأبحاث رادار بوغ على سبيل المثال تجري بتمويل من الحكومة الكندية، وتعتزم الولايات المتحدة إجراء مبادرة بحثية مشتركة مع أقرب حلفائها: كندا والمملكة المتحدة وأستراليا ونيوزيلاندا، في مجالات مثل الملاحة الكمومية.

كل هذا مجتمعاً منحَ الولايات المتحدة زخماً ملحوظاً في سباق التسلح الكمومي، لكن جهود الصين المبهرة في هذه الأبحاث تشير إلى أن الفجوة بين القوتين تضيق بوتيرة سريعة.