本文節(jié)選自專(zhuān)著《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(wèi)星、量子計(jì)算機(jī)和認(rèn)知增強(qiáng)，并簡(jiǎn)要介紹這四種技術(shù)及其對(duì)美國(guó)國(guó)家安全的影響，最后提出應(yīng)對(duì)建議。

即使沒(méi)有人類(lèi)創(chuàng)造力的應(yīng)用，生物學(xué)也是對(duì)國(guó)家安全的最嚴(yán)重威脅。1918年，一種流感病毒在12個(gè)月內(nèi)造成超過(guò)五千萬(wàn)人死亡，是人類(lèi)歷史上最嚴(yán)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(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)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(fù)制，通過(guò)這種自我復(fù)制，小型武器庫(kù)可以有效地變成一個(gè)大型武器庫(kù)。（除了生物武器之外，唯一可以自我復(fù)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，隨著時(shí)間的推移，對(duì)生物體有利的隨機(jī)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(xiàn)人類(lèi)目標(biāo)。

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(jié)果可以用來(lái)開(kāi)發(fā)先進(jìn)的生物武器。另一方面，結(jié)果可用于評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)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(shì)，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(shè)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(shì)，并且隨著時(shí)間的推移，其優(yōu)勢(shì)將不斷增加。即使有效地發(fā)布醫(yī)療對(duì)策，在美國(guó)發(fā)布的痘病毒也可能導(dǎo)致數(shù)百萬(wàn)美國(guó)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(fù)雜的反叛者能夠殺死數(shù)百萬(wàn)人。 

對(duì)于國(guó)家安全而言，太空起著兩個(gè)關(guān)鍵作用：（1）武器轉(zhuǎn)送，如洲際彈道導(dǎo)彈，（2）衛(wèi)星的觀察和通信。

1945年，當(dāng)克拉克（Arthur C. Clarke）首次提出通信衛(wèi)星時(shí)，他認(rèn)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(wèi)星的可視范圍，從一個(gè)位置接收信號(hào)并將它們傳輸?shù)狡渌魏蔚胤健目死说奶岢鲞@一概念，直到第一顆衛(wèi)星上發(fā)射，用了12年的時(shí)間，而現(xiàn)在有數(shù)千顆衛(wèi)星用于發(fā)送和接收通信，實(shí)現(xiàn)授時(shí)和導(dǎo)航，并拍攝地球表面。

將物體運(yùn)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(duì)穩(wěn)定，大約為每公斤10,000美元。一些新技術(shù)，例如可重復(fù)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(shì)。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(wèi)星的處理能力，其中立方體小衛(wèi)星的標(biāo)準(zhǔn)尺寸為10×10×10cm的倍數(shù)。盡管如此，小型化還是有限的，特別是涉及孔徑和天線的衛(wèi)星部分，其尺寸具有物理定律所規(guī)定的下限。雖然孔徑和天線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(zhuǎn)換成大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)。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(qiáng)大的空間基礎(chǔ)設(shè)施。

商業(yè)衛(wèi)星以及空間的民主化意味著富裕國(guó)家不再壟斷地球表面的詳細(xì)圖像。因此，大國(guó)在國(guó)家情報(bào)的一個(gè)重要方面失去了優(yōu)勢(shì)。空間的民主化也導(dǎo)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(shù)字可能在未來(lái)十年內(nèi)翻一番，必將增加碰撞的可能性，并使空間交通管理復(fù)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(guó)軍事和情報(bào)航天器，仍將是國(guó)家安全的首要任務(wù)。

太空基礎(chǔ)設(shè)施非常脆弱。衛(wèi)星很脆弱——雖然對(duì)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(dǎo)彈、激光、無(wú)線電干擾和太空天氣的破壞。由于衛(wèi)星的固有成本和交付成本，衛(wèi)星的更換成本也很高。保護(hù)這些系統(tǒng)，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(guó)家安全問(wèn)題。美國(guó)比其他國(guó)家更依賴(lài)太空，但隨著越來(lái)越多的國(guó)家推出自己的通信和GPS系統(tǒng)，使自己的基礎(chǔ)設(shè)施面臨風(fēng)險(xiǎn)，這種差距正在縮小。

量子計(jì)算機(jī)利用兩種量子現(xiàn)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(jì)80年代早期，物理學(xué)家假設(shè)顯示這兩種現(xiàn)象的計(jì)算機(jī)可能非常適合某些類(lèi)型的計(jì)算，例如量子行為的模擬。目前還不清楚這種機(jī)器是否可以安全應(yīng)用，直到1994年彼得肖爾（Peter Shor）發(fā)現(xiàn)一臺(tái)大型量子計(jì)算機(jī)應(yīng)該能夠有效地計(jì)算大數(shù)。目前大多數(shù)加密方法，包括用于保護(hù)軍事通信和在線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(xiàn)有的加密技術(shù)不再安全。

量子計(jì)算的進(jìn)展一直很困難。雖然在理論、材料和測(cè)量方面取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，但自2001年以來(lái)，量子計(jì)算機(jī)的規(guī)模從7個(gè)增加到僅有72個(gè)物理量子位。有用的量子計(jì)算機(jī)需要幾千個(gè)量子比特，并且每次添加都會(huì)增加糾錯(cuò)的難度。迄今為止，還沒(méi)有創(chuàng)建可用作這種計(jì)算機(jī)的構(gòu)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。現(xiàn)在存在幾種這樣的方法，盡管它們?cè)谟?jì)算上比傳統(tǒng)加密效率低。

密碼分析被認(rèn)為是對(duì)國(guó)家安全最重要的量子計(jì)算應(yīng)用，但還有其他潛在的應(yīng)用。這些包括模擬分子以設(shè)計(jì)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(diào)度和機(jī)器學(xué)習(xí)的問(wèn)題。量子計(jì)算機(jī)尚未進(jìn)行有用的計(jì)算，否則經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法以較低的成本執(zhí)行。然而，在某些時(shí)候，研究人員很可能實(shí)現(xiàn)這一里程碑，有時(shí)被稱(chēng)為“量子至上”。

如果目前的趨勢(shì)繼續(xù)下去，在廣泛部署量子抗性加密之后，可能會(huì)大規(guī)模引入量子計(jì)算機(jī)。如果是這樣，計(jì)算機(jī)的主要情報(bào)價(jià)值將是解密歷史數(shù)據(jù)。最受益的國(guó)家是那些長(zhǎng)期存儲(chǔ)被截獲的外國(guó)通信的國(guó)家。根據(jù)政策，美國(guó)將大部分SIGINT的保留限制為五年，這使人們懷疑大規(guī)模量子計(jì)算對(duì)美國(guó)密碼分析的相對(duì)價(jià)值。盡管如此，重要的是美國(guó)不要對(duì)量子計(jì)算的發(fā)展感到驚訝，部分原因是因?yàn)檫M(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(jì)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(jù)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。科學(xué)方法、科學(xué)儀器、同行評(píng)審、計(jì)算機(jī)和專(zhuān)利系統(tǒng)都是用于對(duì)發(fā)明的基礎(chǔ)設(shè)施增強(qiáng)的方法。如果人類(lèi)智能本身得到增強(qiáng)，那么發(fā)明的速度可能會(huì)大大增加。

認(rèn)知增強(qiáng)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(zhàn)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(fù)雜。一些初創(chuàng)公司現(xiàn)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(shè)備。

神經(jīng)認(rèn)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(fèi)這些藥物以增強(qiáng)認(rèn)知。目前尚不清楚其中任何一種是否有效，因?yàn)楹苌儆凶C據(jù)表明這些藥物比咖啡因或尼古丁更能提高健康成人的認(rèn)知能力。盡管如此，未來(lái)的發(fā)現(xiàn)可能會(huì)帶來(lái)認(rèn)知上的提升。

最后一類(lèi)認(rèn)知增強(qiáng)可能是最有效和最有爭(zhēng)議的。DNA測(cè)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(rèn)知能力的某些變化可歸因于基因。中國(guó)的認(rèn)知基因組學(xué)項(xiàng)目就是這樣一項(xiàng)研究，調(diào)查表明，如果有這樣的服務(wù)，大多數(shù)中國(guó)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(diào)查顯示，美國(guó)和歐洲的父母更不愿意使用這些服務(wù)。如果這些調(diào)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(yán)重影響。由于發(fā)明率是國(guó)家權(quán)力的主要決定因素，任何影響發(fā)明率的“認(rèn)知軍備競(jìng)賽”都可能產(chǎn)生重要的地緣政治和經(jīng)濟(jì)后果。

如何應(yīng)對(duì)？

政府在應(yīng)對(duì)這四項(xiàng)技術(shù)方面面臨著許多安全挑戰(zhàn)，以及將在后文提到第五項(xiàng)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(shù)具有戰(zhàn)略重要性的現(xiàn)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(guó)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(yùn)營(yíng)。在某些情況下，關(guān)鍵國(guó)家安全系統(tǒng)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(jí)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。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(xiàng)政策，要求不能為武器系統(tǒng)設(shè)計(jì)AI。

軍民兩用特性。 由于這些技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用，軍事計(jì)劃很難與商業(yè)計(jì)劃區(qū)分開(kāi)來(lái)。很少有標(biāo)記將合法的生物技術(shù)努力與生物武器計(jì)劃區(qū)分開(kāi)來(lái)。因此，難以檢測(cè)計(jì)算系統(tǒng)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(shù)武器不同，其中一些技術(shù)隨著時(shí)間的推移呈現(xiàn)出性能的指數(shù)級(jí)改進(jìn)。如此迅速的變化使得規(guī)劃和調(diào)整變得困難，特別是在政策制定和政府采購(gòu)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(jìng)爭(zhēng)將挑戰(zhàn)美國(guó)國(guó)家安全決策者。他們將被推動(dòng)制定加速創(chuàng)新的國(guó)家戰(zhàn)略，包括增加研發(fā)資金，改變移民政策以防止人才流失，擴(kuò)大知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)以限制技術(shù)盜竊，以及要求商業(yè)技術(shù)公司解決國(guó)家安全優(yōu)先事項(xiàng)。

國(guó)防機(jī)構(gòu)將面臨與其傳統(tǒng)承包商以外的技術(shù)組織合作的挑戰(zhàn)，并在接近商業(yè)期望的采購(gòu)時(shí)間線上運(yùn)營(yíng)。情報(bào)機(jī)構(gòu)將被迫監(jiān)控外國(guó)商業(yè)技術(shù)公司和外國(guó)學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室，這些公司正在開(kāi)發(fā)關(guān)鍵的戰(zhàn)略技術(shù)。

最后，外交官將被轉(zhuǎn)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(guī)范的模糊國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)構(gòu)。

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