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联参15|中国若领导量子革命 可彻底改写世界版图


来源:凤凰军事

量子技术——全球军事竞争的新焦点徐秉君2017年5月3日,是一个铭刻历史的时刻一一中国制造的世界上首台诞生!这一天,中科大潘建伟的团队在上海正式宣布,构建了世界首台10个超导量

量子技术——全球军事竞争的新焦点

徐秉君

2017年5月3日,是一个铭刻历史的时刻一一中国制造的世界上首台诞生!这一天,中科大潘建伟的团队在上海正式宣布,构建了世界首台10个超导量子比特的计算机。该消息公布后,引起世界各国的震惊与关注。

中国科学技术大学教授、中国科学院院士潘建伟

20世纪90年代以来,全球掀起了量子技术研发与应用热潮。量子技术研究主要集中在量子计算及量子通信等方面。在全球发达国家和科技巨头竞相争夺“量子霸主”地位的情况下,出乎意料的是竞让中国争得先机,中国制造的世界首台量子计算机,在向世人宣布,中国在这一领域己处于世界领先水平。

何为量子?

量子是物理世界里最小的基本个体。它具有神奇的特性:首先有多个可能状态的叠加态,只有在被观测或测量时,才会随机地呈现出某种确定的状态。另一个特性就是量子具有纠缠态,通俗地讲,两个纠缠在一起的量子就像是有心电感应的双胞胎,不管两个人相距有多远,当哥哥的状态发生变化时,弟弟的状态也跟着发生同样的变化。

何为量子计算机?

量子计算机是利用量子相干叠加原理进行运算的超级计算机。量子计算机的超强计算速度和能力主要依赖于其可以同时存储初始状态的多种量子态叠加,正是基于量子态叠加原理,量子计算机具有巨大数据存储能力,进而能够进行高效率的并行计算。它最显著的特点就一个字,快!那么量子计算机到底有多快?据介绍,传统电子计算机要算15万年的难题,量子计算机只需1秒;超级计算机要几年才能完成的计算任务,量子计算机也只需要1秒。而当今世界谁的运算速度快,谁就掌握主动权,也就意味着谁将赢得未来。

何为量子通信?

量子通信(Quantum Teleportation)是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。量子通信的主要通过量子纠缠完成信息传输,量子纠缠是粒子在由两个或两个以上粒子组成的系统中相互影响的一种现象。实现量子通信的关键技术主要包括量子信号的产生、调制、探测技术,以及量子中继技术、量子通信网络技术。

谷歌研发的量子计算机。

历史早已证明,一项新技术的发明,首先考虑的往往是在军事领城的应用。如飞机、火箭、汽车、轮船、无线电、计算机等发明,都是首先应用于军事领域,然后才逐渐转为民用的。

就像早先新技术的发明那样,量子技术一经闻世,世界各国首先考虑的就是如何将量子技术应用在军事领域。特别是量子计算和量子通信,事关国家信息和国防安全,因此发达国家都瞄准这一具有战略意义的领城,并作出规划,加大投入,先期布局,抓紧研发,以期争夺量子技术的制高点。面对量子技术巨大的潜在价值,世界各国谁都不愿意失去发展的机遇。

美国量子技术的理论和实验研究较早,并处于领先地位,也是最先将其列入国家战略的发达国家。重要的是这一发展战略得到军方的支持,美国国防部在其支持的“高级研究与发展活动”计划,将量子通信应用拓展到卫星通信、城域以及长距离光纤网络。不仅如此,美国国家航空航天局也正计划在其总部与喷气推进实验室之间建立一个直线距离600公里、光纤皮长1000公里左右的包含10个骨干节点的远距离光纤量子通信干线,并计划拓展到星地量子通信。

欧洲近年来也在抓紧机遇投资发展量子技术。2008 年发布了《量子信息处理与通信战略报告》,该报告着眼于合力构建量子互联网,并明确了欧洲在未来5年和10年的量子通信发展目标。欧盟还启动了量子通信技术标准化研究,并成立“基于量子密码的安全通信”工程,这是继欧洲核子中心和国际空间站后又一大规模的国际科技合作。2016年4月,欧盟委员会发布了《量子宣言(草案)》,计划于2018年启动历时10年、规模为10亿欧元(11亿美元)的“量子技术旗舰计划”研究项目,希望借此促进多项量子技术的发展。与以往科研计划不同的是,“量子技术旗舰计划”将全程开放式运作,以确保高水平竞争。

俄罗斯则更关注量子技术的军事应用。一年前,俄罗斯技术公司、未来研究基金会和科教部商定启动为期三年的量子计算机联合研究项目。项目拨款预计为7.5亿卢布。主要负责单位是俄原子能公司下属的核武企业——杜霍夫全俄自动化研究所。据俄媒体报道,今年年初,俄罗斯未来研究基金会称,基金会2016年启动了在超导技术基础上研制量子计算机的项目。该项目研究的技术将使俄罗斯在制造‘未来计算机’的竞争中占据应有的一席之地。”2016年底,俄罗斯量子中心和俄罗斯国立科技大学宣布启动“量子中心”联合项目。

澳大利亚政府与UNSW及其科研人员、企业已达成7000万美元的协议开发原型硅量子集成芯片,作为建造全球首部硅基量子计算机的第一步。并以期成为硅基量子计算技术的全球领先者,理所当然要加入量子技术俱乐部。

作为经济大国的日本,当然不甘落后,凭借技术优势,日本制定了量子信息技术长期发展路线图,以期在这一领城争得战略优势。不仅如此,日本国立信息通信研究院,计划在2020 年实现量子中继,预计到2040年建成极限容量、无条件安全的广域光纤与自由空间量子通信网络。

简单说,量子通信是利用量子纠缠效应进行信息传递的通讯方式。

当然,目前最引人瞩目的当属中国。虽然在全球量子技术竞争中,中国起步相对较晚,但是在国家的大力支持和科学家们的不懈努力下,中国在这一领域成功实现“弯道超车”。中科大潘建伟的团队2007年首次实现安全通信距离超过100公里的光纤量子密钥分发;2008年实现国际上首个全通型量子通信网络;2012年建成首个规模化的城域量子通信网络;2016年中国发射全球首颗量子科学实验卫星;2017年中国制造了世界首台10个超导量子比特的计算机……,这一个个“世界首次”,宣告中国已由紧随世界的跟跑者,一跃成为引领世界的领跑者。

面对量子领域激烈的竞争和后来者居上的中国,美欧俄等国家都作出了强烈反应。

美国专家把量子计算机竞赛比作登月竞赛,并不无担忧地指出,如果美国未能首先研制出量子计算机,后果可能比输掉登月竞赛严重得多。白宫发言人去年表示,华盛顿在计算技术上的优势岌岌可危,必须在量子技术上投入更多。

但俄罗斯媒体分析认为,美国在军事领域四面出击,同时开展了探索未来方向、测试激光武器、无人机、高超音速弹头等大量新技术项目。存在因资金不足导致所有项目都无法实现真正技术突破的风险。

英国政府新近发布的一项报告指出,中国在量子技术的论文发表上排全球第一;美国在量子技术的资金投入和专利申请上排全球第一;英国的综合排名处在全球第三位。

俄新社5月11日刊登题为《量子军备竞赛:中国开始赶超美国》的文章称,中国正在研制运算速度超过当代计算机的量子计算机,这一消息具有重大的军事意义,量子计算机在该领域的用途越来越多地被讨论。所有大国都在努力成为首先研制出这种机器的国家。

潘建伟在量子存储实验室了解科研情况。

为什么中国在量子技术领域令世界瞩目?这是因为中国经过多年的积累,厚积薄发,并通过“弯道超车”走在了世界的前面。

中国目前在量子通信方面己占据主导地位,不仅在该领域拥有的专利数量最多,而且中国使用粒子的量子属性开发出加密用的共享密钥,已经试验了量子通信卫星和2000千米的安全地面链接。在其它国家尚在试验室研究阶段,中国己经开始走向应用,并希望到2030年左右,建成全球化的广域量子通信网络。

在量子计算方面,中国打破了此前谷歌宣布的9个超导量子比特的操纵,首次实现了10量子比特的操纵,这一成果不容置疑地确立了中国在这一领域的领军地位。不仅如比,中科大研究团队计划在今年年底实现大约20个光量子比特的操纵,将再次实现大跨越。此前,中科大研究团队负责人潘建伟曾表示,期望通过5到10年的努力,实现50量子位的量子模拟计算。有人这样形象比喻,如果把经典超级计算机比作常规导弹,那么量子计算机就好比核弹头。

对此,美国军事专家分折认为,中国集中力量在狭窄领域进行长期投资,这些计划已经完成了今后几年的布局。如果中国成为“量子革命”的领导者,世界地缘政治和军事版图将彻底改变。

尽管在量子技术研究和应用方面还有很长的路要走,但毫无疑问,中国已崛起并成为这一领域的领跑者。无论是量子通信还是量子计算机,都将是量子技术的下一个里程碑,而中国则当之无愧是这一新里程碑的立碑者。

[责任编辑:安晨 PN104]

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