8月16日凌晨1時(shí)40分，中國(guó)成功發(fā)射世界首顆量子通信衛(wèi)星“墨子”，這可能為我們帶來(lái)不可破解的加密無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。另外，耗資8000萬(wàn)美元、長(zhǎng)達(dá)2000公里的量子通信京滬干線將在今年晚些時(shí)候建成，連接北京和上海的政府辦公室。

　　領(lǐng)導(dǎo)量子通信項(xiàng)目的，是中國(guó)科技大學(xué)教授潘建偉，正是他成功構(gòu)建了2009年國(guó)慶節(jié)閱兵關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之間的量子通信熱線。今年早些時(shí)候，潘建偉在接受財(cái)新網(wǎng)采訪時(shí)說(shuō)：“中國(guó)完全有能力在一場(chǎng)局部戰(zhàn)爭(zhēng)中充分使用量子通信。未來(lái)的發(fā)展方向是利用量子中繼衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)覆蓋全軍的量子通信指揮。”

　　工作原理

中國(guó)量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星效果圖

　　這個(gè)量子通信網(wǎng)絡(luò)和“墨子”將使用量子密鑰分發(fā)技術(shù)來(lái)傳輸加密數(shù)據(jù)，通過(guò)光波脈沖信號(hào)傳送加密秘鑰。數(shù)據(jù)的傳輸非常安全，這得益于量子糾纏現(xiàn)象。相互獨(dú)立的粒子“糾纏”在一起時(shí)，它們就擁有相同的量子態(tài)，無(wú)論彼此之間的空間距離有多遠(yuǎn)，但被觀察到后，糾纏就會(huì)崩潰。

　　這意味著，從理論上講，竊聽者無(wú)法在不立刻改變量子態(tài)和不被發(fā)現(xiàn)的情況下竊取數(shù)據(jù)。

　　這種技術(shù)所提供的信息安全顯然是所有國(guó)家都非常感興趣的。“斯諾登事件告訴我們，在傳輸線路中可以進(jìn)行光纜的無(wú)感竊聽，黑客的攻擊無(wú)所不在。”潘建偉說(shuō)。

　　墨子號(hào)的質(zhì)量約640千克，搭載量子密鑰通信機(jī)、量子糾纏發(fā)射機(jī)、量子糾纏源和量子試驗(yàn)控制與處理機(jī)，軌道高度500公里，在軌設(shè)計(jì)壽命兩年。

　　未來(lái)計(jì)劃

　　維也納大學(xué)量子物理研究人員安東·澤林格(Anton Zeilinger)曾希望歐洲航天局研發(fā)自己的量子通信衛(wèi)星，但發(fā)現(xiàn)該機(jī)構(gòu)動(dòng)作緩慢。“他們動(dòng)作太慢了，遲遲沒(méi)有作出決定。”他在2012年對(duì)《自然》雜志說(shuō)。

　　于是，澤林格選擇與中國(guó)合作。他曾是潘建偉的博士生導(dǎo)師。2013年，奧地利和中國(guó)宣布合作開展空間尺度量子實(shí)驗(yàn)，在維也納修建中國(guó)量子通信衛(wèi)星的一個(gè)地面站。

　　今年1月，潘建偉說(shuō)：“我們的第一個(gè)任務(wù)是看看能否在北京地面站和這顆衛(wèi)星之間、維也納地面站和這顆衛(wèi)星之間實(shí)現(xiàn)量子秘鑰分發(fā)。然后，看看能否把這顆衛(wèi)星作為中續(xù)裝置，在北京和維也納地面站之間實(shí)現(xiàn)量子秘鑰分發(fā)。”作者聯(lián)絡(luò)了澤林格的辦公室，他們說(shuō)：“計(jì)劃在歐洲建造4個(gè)地面站。”

　　對(duì)于未來(lái)的規(guī)劃，新華社報(bào)道稱，中國(guó)要力爭(zhēng)“在2020年實(shí)現(xiàn)亞歐洲際量子秘鑰分發(fā)，在2030年建成全球量子通信網(wǎng)絡(luò)”。

　　潘建偉表示，他想要“看看能否在地球和月球之間進(jìn)行量子糾纏分發(fā)。我們希望通過(guò)嫦娥探月工程，把一顆量子衛(wèi)星發(fā)射到地月系統(tǒng)的一個(gè)重力平衡點(diǎn)(拉格朗日點(diǎn))。”

　　同時(shí)，中國(guó)政府一直在和國(guó)內(nèi)的民營(yíng)科技公司合作，包括阿里巴巴和中興。2015年，阿里巴巴署了一份戰(zhàn)略合作協(xié)議，與中國(guó)科學(xué)院共同成立“中國(guó)科學(xué)院-阿里巴巴量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室”。潘建偉說(shuō)：“該實(shí)驗(yàn)室將開展前瞻性研究，研制最有希望實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)。”

　　“該實(shí)驗(yàn)室將把阿里云在經(jīng)典計(jì)算算法、架構(gòu)和云計(jì)算方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以及中科院在量子計(jì)算和模擬、量子人工智能等方面的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，以突破摩爾定律和經(jīng)典計(jì)算的瓶頸。”

　　在中國(guó)之外，加拿大聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)發(fā)展局資助了量子計(jì)算研究所(Institute for Quantum Computing)和多倫多大學(xué)空間飛行實(shí)驗(yàn)室(Space Flight Laboratory)的量子秘鑰分發(fā)微衛(wèi)星可行性研究。

　　量子計(jì)算

IBM研究院的量子計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

　　除了量子通信，眼下還有大量投資在涌入量子計(jì)算的其他相關(guān)領(lǐng)域。在量子計(jì)算中，量子位不是處于1或者0的二進(jìn)制狀態(tài)，而是處于“疊加態(tài)”，既是1也是0。這可能催生出性能飛躍的計(jì)算機(jī)，能夠利用的可能狀態(tài)要多得多。

　　在商業(yè)化方面，加拿大公司D-Wave是這個(gè)領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊之一，推出了幾種包含量子機(jī)制的計(jì)算機(jī)。該公司宣稱，D-Wave 2X擁有1,000個(gè)量子位，可同時(shí)評(píng)估21000個(gè)可能方案。但D-Wave 2X是不是真正的量子計(jì)算機(jī)還存在爭(zhēng)議。

　　和美國(guó)宇航局(NASA)共用一臺(tái)D-Wave計(jì)算機(jī)的谷歌(Google)，也建立了自己的量子計(jì)算機(jī)研發(fā)部門，由約翰·馬丁尼斯(John Martinis)領(lǐng)導(dǎo)。IBM在2014年啟動(dòng)了一個(gè)耗資數(shù)十億美元的量子計(jì)算機(jī)計(jì)劃，并在今年5月向公眾開放了基于IBM云的試驗(yàn)性量子計(jì)算平臺(tái)“IBM Quantum Experience”。

　　IBM表示：“我們正在掀開信息革命的新篇章。到目前為止，這場(chǎng)革命幾乎完全基于物理學(xué)家所說(shuō)的經(jīng)典信息模型。現(xiàn)在，我們知道這太狹隘了。量子理論和量子信息處理技術(shù)將使我們可以完成經(jīng)典計(jì)算機(jī)需要花費(fèi)無(wú)數(shù)歲月才能完成的運(yùn)算，使我們可以通過(guò)其他的方式來(lái)處理信息，這些方式是如此地新穎和不同，以至于根本無(wú)法用經(jīng)典模型來(lái)加以準(zhǔn)確描述，更別說(shuō)執(zhí)行了。”

　　目前各主要國(guó)家都在大力開發(fā)量子計(jì)算技術(shù)。美國(guó)中情局旗下的風(fēng)投機(jī)構(gòu)In-Q-Tel就投資了D-Wave公司;NASA建立了自己的量子人工智能實(shí)驗(yàn)室(D-Wave、NASA、谷歌都在彼此合作和競(jìng)爭(zhēng));去年底，美國(guó)情報(bào)高級(jí)研究計(jì)劃署(IARPA)向IBM提供了“一大筆資金，以推進(jìn)通用量子計(jì)算機(jī)的研究”。

　　歐盟雖然在建造量子通信衛(wèi)星方面動(dòng)作緩慢，但同樣不想錯(cuò)過(guò)量子計(jì)算革命。今年5月，歐盟數(shù)字經(jīng)濟(jì)和社會(huì)委員京特·厄廷格(Günther H. Oettinger)公布了一個(gè)耗資11.2億美元的量子技術(shù)項(xiàng)目，“這是個(gè)龐大的項(xiàng)目，在規(guī)模、時(shí)間跨度、雄心方面，與歐洲目前的兩個(gè)(未來(lái)和新興技術(shù))旗艦項(xiàng)目——石墨烯旗艦項(xiàng)目、人類大腦工程——相當(dāng)”。

　　今年早些時(shí)候，加拿大總理賈斯汀·特魯多(Justin Trudeau)因?yàn)樵诠_場(chǎng)合流利地解釋量子計(jì)算原理并宣布向該領(lǐng)域投入3900萬(wàn)美元而受到媒體廣泛報(bào)道。一周后，澳大利亞總理馬爾科姆·特恩布爾(Malcolm Turnbull)為一個(gè)新的量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室揭牌，他說(shuō)：“對(duì)于澳大利亞而言，這不僅是重要的一步，更是偉大的一步。”(來(lái)源|造就)

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