參考消息網(wǎng)7月26日報道 英媒稱,，隨著黑客的惡意攻擊手段日臻高深莫測,，中國即將啟動一種“黑客無法入侵”的新通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——或少至少說，任何攻擊都會被迅速偵測到。

據(jù)英國廣播公司7月25日報道,，中國正在發(fā)展的這種技術(shù)叫做量子編碼,，對目前使用的任何傳統(tǒng)解碼方式是一個重大的突破。中國在山東濟(jì)南市率先啟動這個項目,，被官方媒體稱為具有里程碑意義,。

報道稱，這一先進(jìn)項目背后還有一個更大的背景：在這項西方長時間以來一直在猶豫要不要投資的技術(shù)上,，中國現(xiàn)在正走在前頭,。

在濟(jì)南的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，有200個來自軍方,、政府,、金融以及電力等部門的用戶將能夠安全地互傳信息，因?yàn)樗麄冎?，這些信息只有他們自己在讀,。

報道稱，中國推進(jìn)量子通信技術(shù),，意味著這個國家正在大踏步發(fā)展那些可能令互聯(lián)網(wǎng)更安全的應(yīng)用程式,。其他國家可能在不久后就會發(fā)現(xiàn)，他們要向中國購買這些應(yīng)用,。

于是,，這種中國投入大量資源的技術(shù)到底是什么？

“無法入侵”的通信

報道稱,，假如你發(fā)送一條想要不被竊聽的信息,，傳統(tǒng)的編碼方式是將閱讀信息所需的破解碼隱藏在非常復(fù)雜的數(shù)學(xué)程式當(dāng)中。

但是在數(shù)學(xué)當(dāng)中,，“復(fù)雜”如何界定,？它指的是你必須運(yùn)算得非常快,，不能反復(fù)組合一長串的數(shù)字編碼,。在2017年，你需要一臺非常強(qiáng)大的電腦就能做到,。

報道稱,，電腦運(yùn)算能力的穩(wěn)步發(fā)展，意味著以數(shù)字為基礎(chǔ)的密碼必須定期地加長,。于是加密就是有保存期的,，并且正在迅速變得越來越脆弱。

人們還擔(dān)心,，量子計算機(jī)的發(fā)展有效地將數(shù)碼破壞能力向前推進(jìn)一大步,，將令許多現(xiàn)代的加密軟件變得不堪一擊。而量子通信的工作原理不一樣：報道稱，如果你想要發(fā)送你的保密信息,，你首先要另外發(fā)送一個埋藏在光粒子當(dāng)中的密碼,；只有完成這一步，你才會發(fā)送你的加密信息,，然后接收者將可以通過事先發(fā)送的密碼閱讀信息,。

這種所謂量子編碼的決定性優(yōu)勢在于，如果有人試圖攔截光粒子,，他們就必然會改變或者破壞它,。

這意味著，任何進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)入侵的意圖將會被發(fā)送者和原定的接收者立即發(fā)現(xiàn)——于是才有了它“無法入侵”的說法,。

西方被甩在后面

報道稱,，既然量子通信能夠幫助保護(hù)網(wǎng)絡(luò)通信的安全，為什么西方會讓中國領(lǐng)先這么多,？

倫敦帝國學(xué)院的金明湜教授說：“在很長時間里,，人們根本不認(rèn)為這是有需要的?！彼€表示,，過去也不知道這項技術(shù)有沒有商業(yè)市場。

“目前解碼系統(tǒng)當(dāng)中的數(shù)學(xué)程式難度之高,，令人們不覺得有必要實(shí)施這項新技術(shù)，”他說,。

這種研究本身并不是新的,，中國在競爭中也沒有優(yōu)勢。它的優(yōu)勢在于應(yīng)用,?！皻W洲已經(jīng)錯過了這一班船，”這一領(lǐng)域的先驅(qū)者,、奧地利維也納大學(xué)的量子物理學(xué)家安頓·蔡林格教授說,。

他表示，他早在2004年曾試圖說服歐盟資助更多量子技術(shù)的相關(guān)項目,，但是他的提議效果非常有限,。“歐洲一直步履蹣跚,，這阻礙了我們競爭的步伐,，”蔡林格教授說。

報道稱,，美國和歐洲有一些以密碼為基礎(chǔ)的量子網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)作,，但是大多數(shù)都是被作為研究項目，而不是與商業(yè)伙伴合作

其中一個問題是，類似濟(jì)南通信網(wǎng)這樣的應(yīng)用程式建立是昂貴的,。如果尚未有商業(yè)市場,，就很難得到投資者或者政府的支持。

報道稱,，新加坡國立大學(xué)量子技術(shù)中心的物理學(xué)家瓦萊里奧·斯卡拉尼說：“我們必須承認(rèn),，當(dāng)中國要投資一個事物的時候，他們所擁有的財力和人力可能超過除了美軍以外的世界上任何實(shí)體,?！?/p>

【延伸閱讀】揭開中國量子計算機(jī)“嬰兒”的神秘面紗

新華社北京5月13日電（記者喻菲徐海濤周琳）位于上海的中科院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院的一間實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，三平米的實(shí)驗(yàn)臺上看似毫無章法,、密密麻麻地布滿大大小小的鏡片和古怪的器件,，一些電線從上方的支架上垂落下來，旁邊的一臺儀器發(fā)出單調(diào)的“啾啾”聲,。

這是近20位科研工作者經(jīng)過4年多孕育出的中國量子計算機(jī)“嬰兒”,，它也是世界上首臺超越早期經(jīng)典計算機(jī)的光量子計算機(jī)，5月初才在世人面前首次亮相,。

量子計算所依據(jù)的原理是微觀世界最詭異的量子糾纏現(xiàn)象,。對古人來說，現(xiàn)代電子技術(shù)如同巫術(shù),，而開啟未來科技引擎的量子計算在當(dāng)今世人眼中又何嘗不是,。

制造上帝無法區(qū)分的光子

這臺初具雛形的光量子計算機(jī)的研制者之一、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)年僅34歲的陸朝陽教授留著寸頭短發(fā),，眼鏡片藏不住眼中露出的聰慧,，人們稱他是操縱光子的“巫師”。

中國量子計算機(jī)發(fā)展路線圖,。（受訪者供圖）

“世界上找不到兩片一模一樣的樹葉,，但我們可以制造出兩個一模一樣的光子，可以開玩笑地說連上帝都無法區(qū)分,，量子力學(xué)中叫做‘全同’,。兩個獨(dú)立的光子只有一模一樣了，才能讓它們產(chǎn)生量子干涉,，進(jìn)而糾纏,，否則兩個光子誰都不理誰?！标懗栒f,。

上帝也無法區(qū)分的光子產(chǎn)生于一個單光子源。發(fā)出鳴叫聲的是制冷機(jī),，為單光子源提供零下269攝氏度的低溫環(huán)境,。

“我們這里的單光子目前在國際上綜合性能最優(yōu),，全同性比率達(dá)到99.5%，效率比國際上第二名高10倍以上,。這是由于我們在2013年創(chuàng)新了一種激發(fā)方法,，可以大幅度降低噪音。之前國外技術(shù)產(chǎn)生的單光子就好像一對玩了泥巴的雙胞胎,，你可以通過他們身上的泥巴區(qū)分他們,，而我們制造出的光子就像把雙胞胎洗得干干凈凈，你就分辨不出他們了,?！标懗栒f。

這些光子在實(shí)驗(yàn)臺上的鏡片間跑來跑去,，經(jīng)過10多個波片,，改變了偏振信息后被導(dǎo)入一個關(guān)鍵器件——多路分束器，它相當(dāng)于這臺光量子計算機(jī)的CPU,。在這里,，“巫師們”對光子進(jìn)行操縱。

那些看似橫七豎八排列的反射鏡,、波片,、分束器和其他怪異的元器件，其實(shí)是“巫師們”獨(dú)具匠心地設(shè)計,、組裝起來的,。

“我們設(shè)計出的超低損耗量子線路效率達(dá)到99%，而國際上其他研究組的量子線路效率只有30%,?！标懗栒f。

陸朝陽和學(xué)生們討論光量子計算機(jī)的運(yùn)行情況,。（新華社記者金立旺攝）

這個“嬰兒”誕生以來，只做了一件事：玩了一個叫“玻色取樣”的游戲,。這是科學(xué)家專門設(shè)計出來讓量子計算機(jī)和經(jīng)典計算機(jī)比賽的游戲,。

對著顯示屏上高低起伏的譜線，“巫師”說：“我們僅操縱了5個糾纏的光子,，它就打敗了早期的經(jīng)典計算機(jī),。”而“巫師們”在2016年底已可以操縱10個糾纏光子,，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄,。他們計劃今年年底實(shí)現(xiàn)操縱大約20個量子比特。

“雖然這臺光量子計算機(jī)還不如你握著的手機(jī)計算能力強(qiáng),，但它是一個里程碑,。人類歷史上第一臺電子計算機(jī)有幾間屋子大,，今天我們看它一文不值，但它具有非常重要的科學(xué)意義,，從科學(xué)到技術(shù),，再到應(yīng)用，要一步步走來,?！标懗栒f，最初汽車剛發(fā)明時,，性能很不可靠,，還沒有馬車方便舒適。但隨著技術(shù)的發(fā)展,，汽車終究超過馬車,。

尋找通往“羅馬”的路

陸朝陽的導(dǎo)師、中科院院士潘建偉20多年一直致力于對微觀粒子的操控,。他的團(tuán)隊近期取得量子計算方面的突破得益于單光子源和超低損耗量子線路方面的進(jìn)展,。“我們早先的路非常艱難,，而現(xiàn)在進(jìn)展越來越快,，這意味著量子計算研究就像雨后春筍，到了爆發(fā)式成長的節(jié)點(diǎn),?！?/p>

由于量子計算的巨大潛在價值，歐美各國以及一些大型高科技公司如谷歌,、微軟,、IBM等都在大力研究。如何實(shí)現(xiàn)量子計算,，科學(xué)家們正在嘗試很多種方案,，光量子只是其中一種。

從事超導(dǎo)量子計算研究的中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授朱曉波說：“我所知道的各國在花大力氣做的就有七八種路徑,，中國幾個研究團(tuán)隊走在不同的路徑上,。”

“現(xiàn)在誰也不知道最后哪個技術(shù)路線能做成真正有實(shí)用價值的量子計算機(jī),，有可能條條大路通羅馬,，好幾個方向都做成，只是解的問題不一樣,，有可能會有不同類型的量子計算機(jī),。還有一種可能是，或許某一天從一條無人知道的路徑殺出一匹黑馬,?！敝鞎圆ㄕf,。

目前，潘建偉團(tuán)隊在三個方向努力推進(jìn)：光量子,、超冷原子和超導(dǎo),。

潘建偉說，光量子系統(tǒng)是中國的傳統(tǒng)優(yōu)勢,。但最快能帶來實(shí)際價值的可能是超冷原子系統(tǒng),。“可能再過一兩年,，我們的實(shí)驗(yàn)室就能達(dá)到400個原子的相干操縱,，這將是巨大的進(jìn)步?！?/p>

量子計算機(jī)研究實(shí)驗(yàn)裝置,。（受訪者供圖）

而超導(dǎo)量子計算這條技術(shù)路徑也不能忽視。谷歌,、IBM等公司在這一領(lǐng)域做了巨大投入,。“這是因?yàn)槌瑢?dǎo)量子系統(tǒng)的可集成性和相干性非常好,，它的耗電量比經(jīng)典超級計算機(jī)小得多,，幾乎可以忽略不計。而這方面,，中國也具有成熟的技術(shù),。”潘建偉說,，不同的研究團(tuán)隊?wèi)?yīng)協(xié)同創(chuàng)新,、相互借鑒。

潘建偉預(yù)計,，2020年中國有望研制出50個左右量子比特的超導(dǎo)量子計算機(jī),，超越目前最強(qiáng)大的超級計算機(jī)，實(shí)現(xiàn)“量子稱霸”,。

孕育中的另一個“嬰兒”

在量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院另一間實(shí)驗(yàn)室,，超導(dǎo)量子計算機(jī)也在孕育之中。與光量子計算機(jī)五臟六腑一覽無余地鋪陳開來不同的是,，超導(dǎo)量子計算機(jī)的核心部件都包裹在一個懸在空中一米多高的圓柱形罐子里。同樣有制冷機(jī)發(fā)出鳴叫,，不過超導(dǎo)量子計算機(jī)需要的環(huán)境溫度更低,，達(dá)到零下273.15攝氏度。

作為它的主要研制者之一,，朱曉波說,，他與浙江大學(xué)王浩華教授以及陸朝陽,、潘建偉合作，用超導(dǎo)材料研制出世界上糾纏數(shù)目最多（即10比特）的超導(dǎo)量子芯片,。

這個指甲蓋大小的芯片就位于圓柱形罐子的底部,，巨大的罐子是為了提供芯片工作所需要的極低溫、極低噪聲的環(huán)境,。

朱曉波認(rèn)為,，目前這套系統(tǒng)還不能稱為一臺超導(dǎo)量子計算機(jī)。他希望能做出平臺和接口,，可以讓人去訪問它,。“量子計算機(jī)是全新的,，怎么運(yùn)算,，很多最頂級科學(xué)家也不清楚。我們希望今年年底能做出10量子比特的演示機(jī)器,?！?/p>

他說，目前最困難的是如何提高量子芯片的操控精度,。量子芯片是非常脆弱的系統(tǒng),，蝴蝶扇動翅膀的能量都比操控量子的能量高萬億億倍，所以屏蔽震動,、電磁波等造成的環(huán)境噪聲非常關(guān)鍵,。“而這其中特別難做到的是,，在提高操控的量子比特數(shù)目的同時,，還要屏蔽噪聲?！?/p>

潘建偉認(rèn)為,，中國科學(xué)家10年內(nèi)可以做到100個量子比特的操縱，這樣就可以研制出在某些方面有實(shí)用價值的量子計算機(jī),，它的計算能力可以達(dá)到現(xiàn)在全世界計算能力總和的百萬倍,。

朱曉波介紹超導(dǎo)量子計算機(jī)芯片。（新華社記者金立旺攝）

人類對計算能力的需求永無止境,。第一臺經(jīng)典計算機(jī)剛問世時,，IBM的創(chuàng)始人托馬斯·沃森曾說，全世界只需要5臺計算機(jī)就夠了,。但現(xiàn)在每人都至少需要一臺,。

那么未來人人都會有量子計算機(jī)嗎？

潘建偉預(yù)測,，全世界有幾萬或者幾百萬臺量子計算機(jī),?！暗俏壹依锟隙ú恍枰幸慌_，把手機(jī),、筆記本電腦造成低溫很困難,。但我可以使用云計算，通過量子通信把需要計算的任務(wù)發(fā)送到云端,?！?/p>

“傳統(tǒng)計算機(jī)已經(jīng)能算得很好的問題，我們就不需要用量子計算機(jī),。我們要解決的是經(jīng)典計算機(jī)解決不了的問題,，例如破譯密碼、天氣預(yù)報,、藥物設(shè)計,。量子計算還能大力推動人工智能的研究?！迸私▊フf：“以后是否有通用的量子計算機(jī),，現(xiàn)在還很難說，可能將來的量子計算機(jī)跟我們現(xiàn)在想象的都不一樣,?！?/p>

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