中國科學家研發威力強大的量子「矛」「盾」

新華社北京8月15日電（記者喻菲　楊春雪　高杉）儘管神秘、令人捉摸不透的量子力學還迷霧重重，科學家們卻已經在開發利用量子世界。

從電腦到激光，從核能到生物技術，幾乎沒有哪個領域不依賴量子理論。量子力學推動和造就了現代世界，全球經濟的三分之一依賴於以量子力學為基礎的產品。

但其實，人類還只消化了量子世界奇異特性的很小一部分。中國科學家正在開發威力強大的量子計算機和最為安全的量子通信。

量子之「矛」「盾」

（小標題）量子計算機——量子之「矛」

專家介紹，量子計算利用量子態的疊加性質，可以實現計算能力的飛躍。現在計算機的運算單位比特只有0和1這兩種狀態，但量子計算機中可以處在0和1的疊加態上。如果操縱100個量子，其計算能力可能比「天河二號」快百億億倍。「天河二號」需要用100年計算的難題，量子計算機只需0.01秒。

如果將未來的量子計算機比作大學教授，今天所謂超級計算機的能力甚至還比不上剛上幼兒園的小班兒童。

未來的量子計算機與今天的超級計算機，就像大學教授與幼兒園的兒童

這麼快的運算速度，將使人類的日常生活大大改變。例如在公共安全領域，量子計算可以瞬間處理監控資料庫中60億人次的臉部圖片，並實時辨別出一個人的身份；在公共交通領域，量子計算能夠迅速對複雜的交通狀況進行分析預判，從而調度綜合交通系統最大限度避免道路擁堵；在氣象預測方面，量子計算能夠將儀器檢測數據結合模型全面預測分析，從而實現更高精準度的天氣預報……

中國科學院院士潘建偉說，要做出通用的量子計算機，可能還很遙遠，也許30年或更長，但是只是對某一種計算功能算得比較好的量子模擬機器估計5到10年就有望出現。

潘建偉介紹，目前阿里巴巴已與中科院合作，開展量子計算方面的研究，期望能夠在5年左右的時間裡實現50個量子比特相關操縱。它的計算能力，大概可以超越「天河二號」。

潘建偉和量子衛星

然而，一些人對於量子計算機的恐懼多於期待。有專家指出，對於現有信息安全系統而言，一旦量子計算機橫空出世，它將成為一支「利劍長矛」，可以攻破現在所有的密碼。

專家說，現在通用的加密方式並非想像般安全，它們都有破譯的方法，只不過由於現有計算機運行能力的限制，破譯一個密鑰可能要耗費上萬年，甚至上百萬年。

如果量子計算機出現，人們目前自以為安全的一切將不堪一擊。那將是一個「超級神偷」，可以「偷」走現代文明中人們賴以生存的一切——銀行存款、網路信息等。它也足夠衝破軍事或安全系統，調轉導彈的軌道，令整個國家陷入混亂與災難。

（小標題）不可破譯的密碼——量子之「盾」

20世紀90年代，美國數學家肖爾證明量子計算可以攻破目前廣泛使用的公鑰體系。2015年11月，美國科技公司谷歌推出的D－Wave量子計算機，宣稱其在解決問題時能夠比其他任何計算機都快一億倍，並能破解任何密鑰體系。

有沒有絕對安全的保密通信，讓竊聽、破譯者無計可施？

所幸的是，量子物理同時提供了解決這一問題的辦法。如果量子計算機是「利劍長矛」，那量子密碼技術就是抵禦它的「堅固盾牌」。量子密碼提供了一種不可竊聽、不可破譯的新一代密碼技術。

潘建偉說，量子通信的關鍵要素是「量子密鑰」，量子密鑰就是在A和B之間共同生成一串只有他們兩邊知道的隨機數，然後用這個隨機數來加密。量子密鑰一旦被截獲或者被測量，其自身狀態就會立刻發生改變。截獲量子密鑰的人只能得到無效信息，而信息的合法接收者則可以從量子態的改變中得知量子密鑰曾被截取過。

潘建偉打了個比方，古人在信封上用火漆封口，一旦信件被中途拆開，就會留下泄密的痕迹。量子密鑰在量子通信中的作用比火漆更徹底，因為一旦有人試圖打開「信件」，量子密鑰會讓「信件」自毀，並讓使用者知曉。

如果有人試圖打開「信件」，量子密鑰會讓「信件」自毀

（小標題）中國將引領量子通信技術

利用量子糾纏效應進行信息傳遞的新型通信方式就叫量子通信。

量子通信在國防、軍事、金融等領域應用前景廣闊。有專家預測，量子通信技術可能在20至30年後對人類社會發展產生難以估量的影響。量子通信因其傳輸高效和絕對安全等特點，被認為是下一代通信和計算機技術的支撐性研究，也已成為全球物理學研究的前沿與焦點領域。

對中國正在高速發展的量子通信領域來說，2016年將是具有里程碑意義的一年。

中國研製的世界首顆量子通信衛星即將發射。如果衛星成功運行，中國將在世界上首次實現衛星和地面之間的量子通信，並結合地面已有的光纖量子通信網路，初步構建一個廣域量子通信體系。

潘建偉說，量子保密通信「京滬幹線」將在2016年下半年全線開通，將應用於金融、電子、政務等多方面領域的信息傳輸。據介紹，「京滬幹線」項目是連接北京、上海的高可信、可擴展、軍民融合的廣域光纖量子通信網路，中間還有合肥、濟南等重要節點，全長2000餘公里，屬世界首例。

潘建偉說，如果說「京滬幹線」像連接地面每個城市、每個信息傳輸點的「網」，量子科學實驗衛星就像一桿將這張網射向太空的「標槍」。當這張縱橫寰宇的量子通信之「網」織就，海量信息將在其中來去如影，並且「無條件」安全。

在潘建偉的設想中，量子通信有望在10年左右的時間走進千家萬戶，每家每戶的網上銀行、網路支付、手機支付等，都能享受到量子通信所帶來的安全性保障。

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