据新华社报道,中共中央政治局10月16日下午就量子科技研究和应用前景举行第二十四次集体学习。

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阿尔伯特·爱因斯坦

人类精神必须凌驾于技术之上。

每年,IBM全球实验室(IBMRese0arch Lab)都会展示五项重大技术突破并进行前景预测,他们相信未来五年内这些技术将从根本上重塑商业和社会。而量子计算正是2018年发布的五项技术之一,“今天,量子计算是研究者的舞台。五年后,它将成为主流”,其当时如是说。

2019年10月,谷歌公司研究团队研制了一个包含53个有效量子比特的处理器“西克莫”,并在《自然》(Nature)杂志上发表。在测试中,这一处理器仅用了百余秒时间就完成当前全球最好的超级计算机需要约1万年才能完成的计算任务,这也就是被美国各种宣传的“量子霸权”( 量子计算相较于传统计算的颠覆性)的由来。

然而现实的残酷性在于,无论是IBM预测的2023年量子计算机进入大规模的商用,还是谷歌宣传的量子计算对传统计算的碾压,都无法改变一个现实,即能够进行通用计算的量子计算机时至今日都还不存在。所有已知的量子计算机都还是只能解决特定的问题。形象地说,它也许可以处理数理方面的世界性难题,却仍然运行不了一个看似简单的财务软件。

从硬件实现路径看,目前比较领先的技术是超导(IBM与谷歌均走的是超导路径),这意味着量子计算只能在近乎绝对零度的状态下进行。因此,除非另一种技术路径快速取代超导,量子计算机的实现还有待常温超导材料的突破。而常温超导现象虽然在上世纪80年代即已在实验室中被发现(几乎与量子计算同时起源),但直到今天常温超导材料仍然遥不可及。

再者,量子计算机固然具有极高的并行能力以及其以指数级增长的特性,这相比经典计算机当然具有无可比拟的优势。事实上,上述前景的诱惑是如此巨大,不仅仅让商业公司着迷,也让国家政府参与到这场“军备竞赛”中。

2016年,欧盟宣布启动11亿美元的“量子旗舰”计划;2018年,美国通过了《国家量子计划法案》,计划投资12亿美元用于促进人工智能和量子计算的发展;2019年8月,德国启动总金额为6.5亿欧元的国家量子计划。我国也在量子计算相关领域投入巨大,包括发射量子通讯卫星墨子号等。

然而这一切都是着眼未来。 需要清醒意识到的是,量子计算对当前计算基础设施和框架的破坏性影响都还只是沙盘推演。如前所述,量子计算首先需解决通用性的问题,计算机技术之所以会引发第三次工业革命浪潮,是其从象牙塔里走出来,面向普罗大众,特别是1981年IBM推出个人电脑(PersonalComputer,即我们所熟悉的PC),从此一发不可收拾。类似地,量子计算机目前还只是科学家手中的“玩具”,虽然已经在定向解决某些世界性的计算难题上(如大数分解、 复杂路径搜索等)展现了经典计算机无可比拟的优势,但还没有能实现通用的计算架构,这就好比能用来造火箭却不能造汽车。

特别需要注意的是,在有关量子计算的介绍中,经常会提到“在量子计算的加持下,现有的密码体系秒破”等等,这种观点未免失之偏颇。要知道,量子计算的本质是提供超强的算力,技术是中性的,本身并不会选边站,材料好了,矛尖盾也固。因此,量子计算虽然会带来诸多革命性的变化,会影响到经济和社会的很多层面,但这种变化仍需假以时日。

最后,安全也是量子计算介绍中一个被津津乐道的话题,在这个信息泛滥而确权滞后的时代,声称再无“窃听风云”无疑吸睛满满。 大家期盼,由于量子通信的一次一密随机加密方式以及量子世界中的任何观测多会对系统本身造成扰动(不确定性),因此任何窃听都会被发觉。然而,这一切都是去理想化、孤立看待量子计算,在一个存在噪音的环境中,量子计算的优势也可以被利用。

2019年12月,国际著名物理期刊《应用物理综述》(Physical Review Applied)发表了一篇题为《破解量子密钥分发的激光注入式攻击》的论文,量子通信的安全问题由此再度引发关注。该论文通过实验显示,黑客可以把微弱的激光注入到量子密钥分发(QKD)的发射光源从而导致QKD信号强度增加;并进一步在理论上证明了QKD信号强度的意外增加会严重影响QKD的安全性。

2020年5月,法国国家网络安全局(ANSSI)也发布了一份题为《应该将量子密钥分发(QKD)用于安全通信吗?》的重要技术指导文件,认为QKD仅有理论上的优势,应用范围极为有限而且实际安全性差。

在国内,也有相关研究(上海交通大学研究团队)指出,量子加密远不如理想中的可靠,它能够被攻破原因正是其本身就存在物理缺陷。

可以预见,随着量子计算的热度越来越高,其安全性方面的漏洞将不断被发现。这本身并不意外,恰恰说明一项技术的发展,都要经过补漏的过程。量子计算自然也不例外,其从不可靠到可靠,还有很多障碍需要克服。

资料来源:《财经》 作者:车宁 、Peter Grandich

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