本文節選自專(zhuān)著(zhù)《Technology and National Security: Maintaining America's Edge》，本文部分討論了四種新興技術(shù)：生物技術(shù)、小型衛星、量子計算機和認知增強，并簡(jiǎn)要介紹這四種技術(shù)及其對美國國家安全的影響，最后提出應對建議。

即使沒(méi)有人類(lèi)創(chuàng )造力的應用，生物學(xué)也是對國家安全的最嚴重威脅。1918年，一種流感病毒在12個(gè)月內造成超過(guò)五千萬(wàn)人死亡，是人類(lèi)歷史上最嚴重的生命損失。安東尼和查士丁尼瘟疫、黑死病和Cocoliztli流行病也比現代戰爭更具殺傷力。

生物學(xué)的巨大殺傷力源自其兩個(gè)屬性：

首先是自我復制，通過(guò)這種自我復制，小型武器庫可以有效地變成一個(gè)大型武器庫。（除了生物武器之外，唯一可以自我復制的其他類(lèi)武器是網(wǎng)絡(luò )武器）。

第二個(gè)特性是自然選擇，通過(guò)這種選擇，隨著(zhù)時(shí)間的推移，對生物體有利的隨機性狀將變得更加普遍。生物技術(shù)允許通過(guò)修改這兩個(gè)屬性實(shí)現人類(lèi)目標。

盡管存在安全問(wèn)題，但功能研究的收益也是人所共知的。一方面，這種研究的結果可以用來(lái)開(kāi)發(fā)先進(jìn)的生物武器。另一方面，結果可用于評估風(fēng)險和發(fā)展更好的防御。如果生物學(xué)具有實(shí)質(zhì)性的進(jìn)攻優(yōu)勢，那么公開(kāi)的好處是有限的 - 如果在邊緣，進(jìn)攻比防守更有效。

例如，2016年，使用市面上的設備和材料以100,000美元合成了天花病毒的近親。與此同時(shí)，一種新的防御性疫苗開(kāi)發(fā)成本超過(guò)10億美元。與防御相比，進(jìn)攻具有10,000倍的成本優(yōu)勢，并且隨著(zhù)時(shí)間的推移，其優(yōu)勢將不斷增加。即使有效地發(fā)布醫療對策，在美國發(fā)布的痘病毒也可能導致數百萬(wàn)美國人死亡。

因此可以說(shuō)，我們生活在一個(gè)脆弱的世界中，在這個(gè)世界中，一個(gè)高明復雜的反叛者能夠殺死數百萬(wàn)人。 

對于國家安全而言，太空起著(zhù)兩個(gè)關(guān)鍵作用：（1）武器轉送，如洲際彈道導彈，（2）衛星的觀(guān)察和通信。

1945年，當克拉克（Arthur C. Clarke）首次提出通信衛星時(shí)，他認為太空是最終的高地——即從軌道上的位置來(lái)看，地球上許多點(diǎn)都在衛星的可視范圍，從一個(gè)位置接收信號并將它們傳輸到其他任何地方。從克拉克的提出這一概念，直到第一顆衛星上發(fā)射，用了12年的時(shí)間，而現在有數千顆衛星用于發(fā)送和接收通信，實(shí)現授時(shí)和導航，并拍攝地球表面。

將物體運送到太空十分昂貴。在過(guò)去六十年中，發(fā)射入低地球軌道（LEO）的成本相對穩定，大約為每公斤10,000美元。一些新技術(shù)，例如可重復使用的助推器，可能會(huì )將成本降低10％至50％，但由于重力的不便，成本仍居高不下。

有效載荷的小型化趨勢。在過(guò)去的六十年中，每單位性能的微電子重量減少了約一百萬(wàn)。小型化大大增加了給定尺寸的衛星的處理能力，其中立方體小衛星的標準尺寸為10×10×10cm的倍數。盡管如此，小型化還是有限的，特別是涉及孔徑和天線(xiàn)的衛星部分，其尺寸具有物理定律所規定的下限。雖然孔徑和天線(xiàn)的尺寸可以保持不變，但是通過(guò)在軌維修，組裝和制造（OSAM）方法可以大大降低其成本，這些方法將不太脆弱，零件和原材料的有效載荷轉換成大型復雜結構。未來(lái)OSAM的自動(dòng)化以及將原材料快速發(fā)射到軌道，可以創(chuàng )造一個(gè)強大的空間基礎設施。

商業(yè)衛星以及空間的民主化意味著(zhù)富裕國家不再壟斷地球表面的詳細圖像。因此，大國在國家情報的一個(gè)重要方面失去了優(yōu)勢?？臻g的民主化也導致越來(lái)越多的活躍航天器和軌道上的非活動(dòng)物體（例如火箭體）。目前僅在LEO中大約有16,000個(gè)物體，大小超過(guò)10厘米。這個(gè)數字可能在未來(lái)十年內翻一番，必將增加碰撞的可能性，并使空間交通管理復雜化。還好，太空很大——地球靜止軌道的體積大約是地球海洋體積的10萬(wàn)倍。但追蹤太空中的物體，特別是外國軍事和情報航天器，仍將是國家安全的首要任務(wù)。

太空基礎設施非常脆弱。衛星很脆弱——雖然對重量和體積進(jìn)行了優(yōu)化，但仍然難以裝備，并且容易受到碰撞、導彈、激光、無(wú)線(xiàn)電干擾和太空天氣的破壞。由于衛星的固有成本和交付成本，衛星的更換成本也很高。保護這些系統，尋找快速替換它們的方法，以及開(kāi)發(fā)不依賴(lài)于空間的冗余服務(wù)都是困難的國家安全問(wèn)題。美國比其他國家更依賴(lài)太空，但隨著(zhù)越來(lái)越多的國家推出自己的通信和GPS系統，使自己的基礎設施面臨風(fēng)險，這種差距正在縮小。

量子計算機利用兩種量子現象：疊加，量子位（量子位）同時(shí)保持多于一種狀態(tài)的能力，以及糾纏，即兩個(gè)或更多量子位在距離上共享其狀態(tài)的能力。

在20世紀80年代早期，物理學(xué)家假設顯示這兩種現象的計算機可能非常適合某些類(lèi)型的計算，例如量子行為的模擬。目前還不清楚這種機器是否可以安全應用，直到1994年彼得肖爾（Peter Shor）發(fā)現一臺大型量子計算機應該能夠有效地計算大數。目前大多數加密方法，包括用于保護軍事通信和在線(xiàn)金融交易的許多加密方法，都取決于分解的難度。如果分解變得容易，則許多現有的加密技術(shù)不再安全。

量子計算的進(jìn)展一直很困難。雖然在理論、材料和測量方面取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，但自2001年以來(lái)，量子計算機的規模從7個(gè)增加到僅有72個(gè)物理量子位。有用的量子計算機需要幾千個(gè)量子比特，并且每次添加都會(huì )增加糾錯的難度。迄今為止，還沒(méi)有創(chuàng )建可用作這種計算機的構建塊的單個(gè)邏輯量子位。相反，在創(chuàng )建抵抗量子攻擊的新加密方法方面進(jìn)展更快?，F在存在幾種這樣的方法，盡管它們在計算上比傳統加密效率低。

密碼分析被認為是對國家安全最重要的量子計算應用，但還有其他潛在的應用。這些包括模擬分子以設計化學(xué)品或催化劑并解決硬優(yōu)化問(wèn)題，例如用于物流、調度和機器學(xué)習的問(wèn)題。量子計算機尚未進(jìn)行有用的計算，否則經(jīng)典計算機無(wú)法以較低的成本執行。然而，在某些時(shí)候，研究人員很可能實(shí)現這一里程碑，有時(shí)被稱(chēng)為“量子至上”。

如果目前的趨勢繼續下去，在廣泛部署量子抗性加密之后，可能會(huì )大規模引入量子計算機。如果是這樣，計算機的主要情報價(jià)值將是解密歷史數據。最受益的國家是那些長(cháng)期存儲被截獲的外國通信的國家。根據政策，美國將大部分SIGINT的保留限制為五年，這使人們懷疑大規模量子計算對美國密碼分析的相對價(jià)值。盡管如此，重要的是美國不要對量子計算的發(fā)展感到驚訝，部分原因是因為進(jìn)展速度將告知我們自己部署量子抗性加密方法的時(shí)間表。由于這些方法需要計算成本，我們需要決定投資他們的改進(jìn)時(shí)間以及何時(shí)根據需要簡(jiǎn)單地接受成本。

在未來(lái)，人類(lèi)可能成為更好的發(fā)明者?？茖W(xué)方法、科學(xué)儀器、同行評審、計算機和專(zhuān)利系統都是用于對發(fā)明的基礎設施增強的方法。如果人類(lèi)智能本身得到增強，那么發(fā)明的速度可能會(huì )大大增加。

認知增強的潛在途徑可以分為三類(lèi)：裝置、藥物和基因。由于非致命性戰斗傷害增加后的軍事研究，將腦組織連接到外部裝置（例如假肢）的裝置變得越來(lái)越復雜。一些初創(chuàng )公司現在正在探索是否可以使用這種神經(jīng)接口將處理和記憶任務(wù)直接從大腦卸載到外圍設備。

神經(jīng)認知條件藥物的可用性（例如注意力缺陷障礙，發(fā)作性睡病和癡呆）增加在健康成年人中形成了一種亞文化，這些成年人消費這些藥物以增強認知。目前尚不清楚其中任何一種是否有效，因為很少有證據表明這些藥物比咖啡因或尼古丁更能提高健康成人的認知能力。盡管如此，未來(lái)的發(fā)現可能會(huì )帶來(lái)認知上的提升。

最后一類(lèi)認知增強可能是最有效和最有爭議的。DNA測序成本的降低使得人類(lèi)智能的大型基因組研究成為可能，其中認知能力的某些變化可歸因于基因。中國的認知基因組學(xué)項目就是這樣一項研究，調查表明，如果有這樣的服務(wù)，大多數中國父母會(huì )選擇使用基因分型服務(wù)來(lái)選擇更聰明的孩子。調查顯示，美國和歐洲的父母更不愿意使用這些服務(wù)。如果這些調查具有代表性，那么技術(shù)采用率可能會(huì )受到文化態(tài)度差異的嚴重影響。由于發(fā)明率是國家權力的主要決定因素，任何影響發(fā)明率的“認知軍備競賽”都可能產(chǎn)生重要的地緣政治和經(jīng)濟后果。

如何應對？

政府在應對這四項技術(shù)方面面臨著(zhù)許多安全挑戰，以及將在后文提到第五項技術(shù)人工智能（AI）。這些技術(shù)都具有以下三個(gè)特征：

商業(yè)市場(chǎng)。與大多數具有戰略重要性的現有技術(shù)不同，政府不是這些技術(shù)的主要資助者，主要開(kāi)發(fā)者不是國防承包商。存在大型商業(yè)市場(chǎng)，推動(dòng)了大量的研究、開(kāi)發(fā)和運營(yíng)。在某些情況下，關(guān)鍵國家安全系統的組成部分依賴(lài)于商業(yè)市場(chǎng) - 例如，為視頻游戲開(kāi)發(fā)的GPU（圖形處理單元）是用于核武器模擬的超級計算機的基礎。在其他情況下，政府的某些部門(mén)無(wú)法獲得尖端技術(shù) - 例如，谷歌就制定了一項政策，要求不能為武器系統設計AI。

軍民兩用特性。 由于這些技術(shù)的商業(yè)應用，軍事計劃很難與商業(yè)計劃區分開(kāi)來(lái)。很少有標記將合法的生物技術(shù)努力與生物武器計劃區分開(kāi)來(lái)。因此，難以檢測計算系統是用于良性科學(xué)研究還是用于解密軍事通信。

快速變化。與大多數武器不同，其中一些技術(shù)隨著(zhù)時(shí)間的推移呈現出性能的指數級改進(jìn)。如此迅速的變化使得規劃和調整變得困難，特別是在政策制定和政府采購的典型時(shí)間尺度上。

在接下來(lái)的十年中，這些技術(shù)（和其他技術(shù)）的競爭將挑戰美國國家安全決策者。他們將被推動(dòng)制定加速創(chuàng )新的國家戰略，包括增加研發(fā)資金，改變移民政策以防止人才流失，擴大知識產(chǎn)權保護以限制技術(shù)盜竊，以及要求商業(yè)技術(shù)公司解決國家安全優(yōu)先事項。

國防機構將面臨與其傳統承包商以外的技術(shù)組織合作的挑戰，并在接近商業(yè)期望的采購時(shí)間線(xiàn)上運營(yíng)。情報機構將被迫監控外國商業(yè)技術(shù)公司和外國學(xué)術(shù)實(shí)驗室，這些公司正在開(kāi)發(fā)關(guān)鍵的戰略技術(shù)。

最后，外交官將被轉移到不熟悉的領(lǐng)域進(jìn)行談判，例如影響其技術(shù)成為全球規范的模糊國際標準制定機構。

來(lái)源：學(xué)術(shù)plus