AUKUS, 중국 잠수함 잡기 위해 AI와 양자 기술 연구

당신은 너무 많은 영화에서 이 장면을 본 적이 있다. 헤드폰을 쓴 수동 수중 음파 탐지기 조작자들은 적 잠수함의 희미한 흔적을 듣기 위해 긴장한다. 사냥된 잠수함의 승무원들은 선체에 대한 능동적인 음파 탐지기가 작동하자 숨을 죽이고 조용히 이동한다.

하지만 오늘날 대잠수함전은 기계들 간의 전투다. 인공지능 알고리즘들은, 원거리 통신망을 통해 데이터를 공유하고 있는 흩어져 있는 수십 개의 센서들로부터 얻은 음향적 단서들을 종합해내고 있다. 게다가 내일 전문가들은, 로봇 정찰기에서부터 양자 감지에 이르기까지, 새로운 기술들이, '브레이킹 디펜스'에게, 스텔스의 베일을 씌우고 잠수함들을 공격에 노출시키겠다고 위협하고 있다고, 말했다.

이 기술들을 누가 마스터하든 간에, 북극, NATO의 발트해와 흑해 측면, 그리고 무엇보다 광활한 태평양을 가로지르는 미-중 경쟁에서 중요한 이점을 얻을 수 있을 것이다. 그래서 미국과 동맹국들은 AI, 로봇공학, 양자과학, 대잠전 연구를 점점 더 중요해지고 복잡하게 만들고 있다.

국방부 대변인은 "해군은 최첨단 기술을 활용하기 위해 최선을 다하고 있다"며 "양자감지, 양자 타이밍, 인공지능 등 양자 기술이 해저 영역에서 잠수함 탐지와 대잠전 등에 중요하다는 것을 잘 알고 있다"고 말했다

중국이 공격적으로 현대화하고 점점 더 공격적으로 되어가고 있는 PLA 해군에 대해서도 마찬가지라고 가정하는 것이 가장 안전하다. 2027년까지 대만과 강제로 "재통일"할 수 있다는 자주 인용되는 목표 이외에도, 중국은 2030년까지 인공지능 분야에서 세계적인 리더가 되는 것을 목표로 하고 있으며, 소위 양자 키 분배를 사용하는 이론적으로 해킹이 불가능한 네트워크와 같은 양자 과학의 일부 틈새 시장에서 거의 틀림없이 앞서고 있다.

허드슨 연구소의 양자 동맹 이니셔티브 책임자 아서 허먼은 "적어도 현재로서는 특히 양자 기술에서 이점이 호주, 영국, 미국의 호주 3국 동맹에 있다"고 주장했다.

허먼은 브레이킹 디펜스와의 인터뷰에서 "이는 AUKUS 국가들이 양자 연구개발(R&D)을 통합해 해상에서 T&E[시험 및 평가]를 위한 일련의 시제품에 도달할 경우 중국에 비해 비대칭적 우위를 점할 수 있는 기술 경쟁"이라고 말했다. 이어 "소나의 등장처럼 양자 감지의 등장은 우리가 유인 시스템이든 무인 시스템이든 잠수함 전쟁에 혁명을 일으킬 가능성이 있다"고 말했다

허먼의 허드슨 동료이자 전 잠수함이자 해군 전략가인 브라이언 클라크는 "유인 잠수함이 영광을 누리는 동안, 무인 수중 비행체(UV)는 이미 널리 사용되고 있다"고 덧붙였다.

클라크는 브레이킹 디펜스에서 "UUV들은 매우 성숙해 있으며 (리머스 100과 600 시리즈와 같은) 미 해군의 일부 UUV들은 20년 동안 사용되고 있다"고 말했다. "최신 버전들은 고도로 자동화되어 있고 우리가 ADF [호주 방위군]에 대한 최근 연구에서 다루었듯이, UUV가 외부의 도움 없이 작동할 수 있는 시간은 작업이 얼마나 정교한지에 따라 수주 또는 수개월에 이를 수 있다. … 우리가 ADF와 함께 일하는 데 있어, 무인 시스템은 그들이 추구하는 가장 두드러진 신기술이다."

오늘날, 이러한 수중 드론들의 대부분은 어색하고 느리다: 리머스 600 시리즈는 버지니아급 핵추진 잠수함의 시속 28마일 이상인 것과 비교하면, 최대 5노트에서 시속 6마일이 아니라 관리한다. 그러나 더 작고, 더 저렴하며, 인간의 지구력에 의해 제약을 받지 않기 때문에, 그들은 센서로 "영역을 넘치고", 그들의 알고리즘이 흥미롭다는 것을 발견할 때까지 지켜보고 기다렸다가, 인간 감독관에게 보고할 수 있다. 미래에는, 새로운 종류의 양자 센서와 정교한 인공지능 신호 처리가 이러한 로봇 서브들의 무리를 피하기 훨씬 더 어렵게 만들 수 있다.

동맹국들의 대잠전 발전

바로 지난 주, 두 개의 태평양 동맹국인 호주와 일본은 "해저전을 위한 로봇과 자율 시스템에서의 전략적 능력을 강화하기 위한" 연구에 대해 협력하기로 한 전례 없는 합의를 발표했다. 얼마 전, 12월 1일, 호주 연합은 산업 기반 투자로부터 우주 감시 레이더에 이르기까지 그들의 최신 연구, 개발 및 실험 계획을 발표했다. 이 프로젝트들 중 다섯 개는 명시적으로 해저 영역을 목표로 삼았다:

- 호주의 미래 미국이 설계한 잠수함을 포함하여 어뢰관에서 발사할 수 있을 정도로 작은 무인 미니 잠수함은 타격 및 정찰 임무를 모두 수행한다;

- 주요 미국 및 호주 해상 초계기, P-8A 포세이돈 및 공중 투하 음파 부표에 의해 수집된 대량의 데이터를 처리하기 위한 불특정 기타 시스템에 대한 AI 알고리즘;

- 무인 항공기와 자동화된 데이터 공유 모두에서 대규모 자율 시스템을 위한 "통합된 3자 실험 및 연습"

- "육상 및 해상 영역에 걸친 정밀 타겟팅, 지능, 감시 및 정찰"을 포함한 다양한 목적을 위한 AI/기계 학습; 및

- 소형화된 양자시계와 센서를 이용하여 GPS를 대체하는 '양자위치확인, 항법, 타이밍'. GPS 신호가 수중으로 침투할 수 없기 때문에, GPS가 자주 방해받는 전시에는 공중 및 공중 전력과 지상군에게, 그리고 항상 잠수함에게, 이는 유용하다. (모두 동일한 종류의 전자파를 사용하는 레이더나 라디오도 사용할 수 없다.)

호주가 미국의 핵추진 공격잠수함을 사들이는 것은 호주가 예산을 많이 들여 추진하는 AUKUS의 "Pillar I"이지만, 이러한 새로운 구상들은 보다 광범위하고 장기적으로도 마찬가지로 중요한 "Pillar II"에 속한다. 이는 8개의 "첨단 능력"에 걸친 연구개발 협력이며, 그 중 2개는 새로운 해저전 "양자기술"과 "인공지능과 자율성"과 직접적인 관련이 있다

특히 양자는 아원자 입자의 역설적인 행동을 이용하여 급부상하고 있는(그리고 제대로 이해되지 않은) 기술이다. 세계 12위의 경제 대국인 호주가 그 무게를 훨씬 능가하는 과학의 장이기도 하다.

실제로 양자경제개발 컨소시엄의 실리아 메르바허 전무는 1인당 양자 혁신에 대해 "아마도 1위일 것"이라고 말했다.

그녀는 브레이킹 디펜스와의 인터뷰에서 "호주 전략정책연구소(Australian Strategic Policy Institute)가 '매우 인용도가 높은 출판물'을 계산한 매우 흥미로운 평가가 있었다"고 말했다. "그것은 미국과 중국이 모든 양자 분야에서 1위와 2위라는 것을 보여준다"(놀랍게도). 하지만 호주와 영국, 그리고 다른 미국 동맹국들은 양자 연구의 대부분의 하위 범주에서 상위 5위를 장악하고 있다.

현재 양자는 잠수함에 탑재되는 것이 아니라 연구실에서 주로 발생하고 있다. 클라크 박사는 "대부분의 노력이 호주의 DSTG와 미국의 NRL, DARPA 등 국방 연구 기관 간 기초 과학 수준에서 이루어지고 있다"고 말했다. 하지만 암호 해독 양자 컴퓨터와 같은 첨단 응용 분야는 10년 또는 그 이상이 걸릴 수 있지만, 이미 타임 키핑이라는 하나의 응용 분야가 있다.

전문가들의 말에 따르면, 시간을 측정함으로써, 양자시계는 말 그대로 진화한 원자시계들보다 "수백만 배나 더 나은" 센서들로 하여금 훨씬 더 정확한 측정을 할 수 있게 해준다고 한다. 이것은 모든 종류의 목적에 도움이 되는데, 특히 관성항법장치의 경우, 시간이 지남에 따라 실제 진로로부터 미묘하게 "드리프트"되고 지속적인 오차 수정이 필요한데, 이 장치는 더 자주, 더 나은 것이다. 관성항법장치는 GPS를 사용할 수 없을 때(예를 들어, 수중에서) 작동하기 때문에, 결국 중요하다.

양자 과학의 다음 진화는 감지인데, 양자 현상이 외부 힘에 절묘하게 민감하게 반응할 수 있기 때문이다. 관찰자들은 아원자 입자들이 어떻게 행동을 변화시키는지 연구함으로써 그것을 변화시키는 외부의 영향이 무엇인지 추론할 수 있다. 그래서 이론적으로 양자 센서는 자기장에서부터 잠수함과 같은 큰 선박의 미묘한 중력에 이르기까지 음파 탐지기가 할 수 없는 모든 종류의 현상을 감지할 수 있었다.

하지만 이러한 민감성은 양날의 칼인데, 왜냐하면 정의상으로는 더 민감한 센서들이 거짓 양성을 포함한 모든 것을 더 많이 감지하기 때문이다. 같은 문제가 다른 몇몇 센서 유형에도 적용되는데, 특히 자기 이상 감지 (MAD)이다. 제2차 세계대전에 처음 배치된 MAD는 잠수함의 금속성 선체가 만들어내는 지구 자기장의 미세한 왜곡을 찾아내기 위해 수십 척의 난파선을 잡아냈기 때문에, 심지어 현대판에서도 유효 범위를 1마일 미만으로 제한했다. 이와 비슷하게, 적극적으로 "핑" 소리를 내는 대신 적의 말을 조용히 들어주는 어떤 형태의 수동 음파 탐지기는 고래와 폭설로부터 잠수함을 가려내기 위해 고군분투한다.

하지만 이 모든 경우에는 강력한 패턴 인식 알고리즘을 적용하여 데이터 덩어리를 통과하고 잘못된 양성을 버리고 인간 조작자가 조사할 가능성이 있는 연락처를 강조하는 잠재적 해결책이 있다. 오늘날 이러한 알고리즘은 인공 지능을 사용한다.

클라크 박사는 "AI 알고리즘은 약 10년 전부터 ASW[대잠수함전] 검찰에서 사용돼 왔다"며 "ASW 처리 알고리즘의 선도적 우위는 점점 더 배경 잡음에서 약한 신호를 끌어내는 데 집중되고 있다"고 말했다

영국 왕립 합동군사연구소(RUSI)의 해군 전문가인 Sidharth Kaushal은 하위 사냥의 문제는 고품질의 센서의 부족이 아니라고 주장했다. 오히려, 그것은 인간의 정신이 관리할 수 있는 것보다 더 많은 그리고 더 복잡한 데이터를 분류하는 방법이다.

카우샬은 최근 미디어 라운드테이블에서 "우리는 아주 오랜 시간 동안 엄청난 충실도를 가진 센서들을 가지고 있었다. 그것은 소음으로부터 신호를 걸러내는 것이다"라고 말했다. "그것은 관련된 개인들에게 일반적으로 매우 힘든 일이지만 기계 학습은 프로세스를 상당히 단순화시킬 수 있다."

그것은 한때 인간 조작자들이 다루기에 너무 민감하다고 여겨졌던 오래된 센서들 또는 양자 탐지기와 같은 새로운 센서들이 인공지능이 발전함에 따라 실제 임무들에서 점점 더 많이 사용될 수 있게 된다는 것을 의미한다. 그리고, 물론, 인공지능은 놀라운 속도로 발전하고 있다. 그 기계들의 발전을 걱정해야 하는 긴 직업 목록에 잠수함들을 추가하라.