对传感器数据的人工智能分析，包括基于量子的新型探测，可能会在海底战争中为澳英美联盟带来对中国致命的优势。
你在电影中见过太多这样的场景。戴着耳机的被动声纳操作员紧张地听着敌方潜艇的微弱踪迹。被猎杀潜艇的艇员们屏住呼吸，鸦雀无声，主动声纳对着艇身"乒乒乓乓"地搜索着，搜索着，搜索着....。
但如今，反潜战已成为一场机器之战。人工智能算法将通过远程网络共享数据的数十个分散传感器提供的声学线索拼凑在一起。专家们告诉《突破防务》，从机器人侦察到量子传感等新技术都有可能揭开隐身的面纱，使潜艇暴露在攻击之下。
谁掌握了这些技术，谁就能在海战中获得至关重要的优势，这种优势关系到北极、北约波罗的海和黑海的侧翼，最重要的是关系到美中在浩瀚太平洋上的较量。因此，对美国及其盟国来说，人工智能、机器人、量子科学和反潜战的研究正变得越来越重要，也越来越紧密地交织在一起。
"海军致力于利用尖端技术，"海军发言人在一份谨慎而不讳言的声明中告诉《突破防务》。"我们了解包括量子传感、量子计时和人工智能在内的量子技术在潜艇探测和海底反潜战等应用中的重要意义。"
最安全的假设是，中国正在积极实现现代化，而且，日益咄咄逼人的解放军海军也是如此。除了经常被提及的到2027年强行"统一"台湾的目标外，中国的目标是到2030年成为世界上人工智能领域的领导者，而且在量子科学的某些领域，比如利用所谓的量子密钥分发技术实现理论上不可破解的网络方面，中国可以说是遥遥领先。
哈德逊研究所量子联盟计划主任阿瑟-赫尔曼认为，至少目前，澳大利亚、英国和美国组成的AUKUS三国联盟占据了优势，尤其是在量子技术领域。
赫尔曼告诉《突破防务》："在这场技术竞赛中，如果澳大利亚、英国和美国能够整合它们的量子研发成果，推出一系列原型，在海上进行T&E（测试和验证），那么它们就能对中国形成不对称优势。"就像声纳的出现一样，量子传感的出现有可能彻底改变潜艇战争，而且，无论我们谈论的是有人系统还是无人系统。
赫尔曼在哈德逊大学的同事、前潜艇兵和海军战略家布莱恩-克拉克补充说，虽然有人潜艇获得了荣誉，但无人潜航器（UUV）已经得到了广泛应用。
"无人潜航器已经非常成熟，美国海军的一些无人潜航器，如雷穆斯100和600系列，已经服役20年，"克拉克告诉《突破防务》。他说："最新版本的无人潜航器自动化程度很高，正如我们最近为澳大利亚国防军（ADF）所做的研究中提到的那样，无人潜航器在没有外来帮助的情况下的运行时间可能长达数周或数月，这取决于任务的复杂程度。在我们与澳大利亚国防军的合作中，无人驾驶系统是迄今为止他们追求的最突出的新技术”。
如今，这些水下无人机大多笨拙而缓慢：Remus600系列的时速最多只有5节，不到6英里/小时，而弗吉尼亚级核动力核攻击潜艇的时速则超过25节/28英里/小时。但是，由于体积更小、成本更低，而且不受人类耐力的限制，它们可以用传感器"充斥整个区域"，观察并等待，直到发现它们的算法认为有趣的东西，然后向人类监督员报告。未来，新型量子传感器和复杂的人工智能信号处理技术将使这些机器人潜艇群更难躲避。
盟国在反潜战中取得进展
就在上周，两个重要的太平洋盟国--澳大利亚和日本，宣布了一项史无前例的合作研究协议，"以增强海底战机器人和自主系统的战略能力"。不久前的12月1日，AUKUS联盟宣布了他们最新的一系列研究、开发和实验计划，从工业基地投资到太空监测雷达，不一而足。其中五个项目明确针对海底领域：
无人驾驶微型潜艇，其体积小，可从鱼雷发射管发射，澳大利亚未来使用的美国设计潜艇也能发射，执行攻击和侦察任务；
在美国和澳大利亚的主力海上巡逻机P-8A海神号上安装人工智能算法，以及其他未说明的系统，以处理空投声纳浮标收集到的大量数据；
大型自主系统的"三边综合实验和演习"，包括无人驾驶飞行器和自动数据共享；
用于一系列目的的人工智能/机器学习，包括"跨陆地和海洋领域的精确瞄准以及情报、监视和侦察"；以及
"量子定位、导航和授时"，利用微型量子时钟和传感器替代全球定位系统。这对战时的空军和水面部队（GPS经常受到干扰）以及潜艇来说都很有价值，因为GPS信号无法穿透水下。雷达或无线电也无法穿透水下，因为它们使用的都是同一种电磁波。
澳大利亚购买美国核动力攻击潜艇是AUKUS斥巨资打造的备受瞩目的"第一支柱"，而这些新举措则属于范围更广、从长远来看同样重要的"第二支柱"。这是一个涉及八种"先进能力"的研发合作项目，其中两种能力与新型水下战争直接相关，即"量子技术"和"人工智能与自主性"。
尤其是量子技术，它是一种利用亚原子粒子的矛盾行为的快速新兴技术。澳大利亚虽然仅是世界第12大经济体，但在这一科学领域却大显身手。
量子经济发展联合会执行董事西莉亚-默兹巴赫说："事实上，就人均量子创新能力而言，澳大利亚很可能是世界第一。
"澳大利亚战略政策研究所做了一项非常有趣的评估，计算'高引用率出版物'，她她告诉《突破防务》："评估显示，美国和中国在每个量子领域都排名第一和第二，这并不奇怪，但澳大利亚、英国和其他美国盟国在大多数量子研究子类别中都占据了前五名”。
目前，量子研究主要在实验室进行，而不是在潜艇上。克拉克说："大部分工作都是在澳大利亚的DSTG和美国的NRL、DARPA等国防研究机构之间的基础科学层面进行的。不过，虽然像破译密码的量子计算机这样的先进应用可能还需要十年甚至更长的时间，但有一种应用已经出现：计时”。
专家们说，量子钟的计时效果比原子钟好"数百万倍"，因此传感器可以进行更精确的测量。这对各种用途都很有帮助，尤其是对惯性导航系统而言，因为惯性导航系统会随着时间的推移而发生微妙的"漂移"，从而偏离其真实航向，因此需要不断地进行误差修正：频率越高越好。惯性导航之所以重要，是因为它能在全球定位系统无法使用的情况下工作，例如在水下。
量子科学的下一个发展方向是传感，因为量子现象对外部力量非常敏感。通过研究亚原子粒子如何改变它们的行为，观察者可以推断出是什么外部影响在改变它们。因此，从理论上讲，量子传感器可以捕捉到声纳捕捉不到的各种现象，从磁场到潜艇等大型船只的微妙引力。
但是，这种灵敏度是一把双刃剑，因为顾名思义，灵敏度更高的传感器能捕捉到更多的东西，包括假阳性。同样的问题也适用于其他一些类型的传感器，特别是磁异常探测（MAD）。磁异常探测最早部署于二战时期，由于其灵敏度极高，在寻找潜艇金属壳体对地球磁场产生的微妙畸变时，它能发现数十艘沉船的残骸，即使是现代版本，其有效探测距离也被限制在一英里以内。同样，某些形式的被动声纳，也就是不是主动发出"ping"声，而是静静地倾听敌人的声纳，它也很难将潜艇与鲸鱼和恶劣天气区分开来。
不过，在所有这些情况下，都有一个潜在的解决方案：应用强大的模式识别算法来处理大量数据，剔除误报，并突出可能的接触点，供人类操作员进行调查。如今，这些算法采用了人工智能。
克拉克说："人工智能算法在反潜战（ASW）起诉中的应用已有十年之久。反潜战处理算法的前沿越来越侧重于从背景噪声中提取微弱信号"。
英国皇家联合军种研究所的海军专家西达斯-考沙尔认为，猎潜的问题并不在于缺少高质量的传感器。相反，问题在于如何对更多更杂乱的数据进行分类，而这是人类大脑所无法处理的。
"长期以来，我们一直拥有保真度极高的传感器。这就是要从噪音中筛选出信号，"考沙尔在最近的一次媒体圆桌会议上说。"这对相关人员来说通常是非常繁重的任务，但机器学习可以大大简化这一过程”。
这意味着，随着人工智能的发展，曾经被认为过于敏感而人类操作员无法处理的旧传感器，或者像量子探测器这样的新传感器，在实际任务中将变得越来越有用。当然，人工智能正在以惊人的速度发展。在需要担心机器崛起的一长串职业中，还要加上潜艇兵。
作者：SYDNEY J. FREEDBERGJR2024年1月29日《突破防御》
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