不止是5G，中國再獲突破，美國在這一關鍵領域也懸了
近日，華為副董事長、任正非之女孟晚舟遭加拿大逮捕一事在國際社會引起軒然大波，背後黑手正是屢屢以「國家安全」為由對華為進行限制打壓的美國政府，究其原因，無非是華為在5G領域的領先，已經到了讓美國感到恐怖的程度，但中國當下的科技進步又豈止於此呢。12月6日，中國首款國產量子計算機控制系統在合肥誕生，這是邁向量子計算機的重要一步。近些年來，中國在量子通訊和量子科技領域發展非常迅速，已經落後的美國恐怕又要抓狂了。
中國首款國產量子計算機控制系統誕生
在量子計算方面，中國再獲突破。12月6日，首款國產量子計算機控制系統OriginQ Quantum AIO在合肥誕生，該系統由本源量子公司開發，意味著我國的量子計算髮展又向前走了一步。
中國首款國產量子計算機控制系統誕生
量子計算這一概念最早是物理學費曼於1981年引入，隨著當前半導體的小型化遇到極限，當晶元的電路元件尺寸縮小到納米尺度時，量子力學效應會終結當前的摩爾定律。所以這也是為什麼像谷歌、IBM都在加大對量子計算的研究投入。
所謂量子計算機，是一類遵循量子力學規律進行高速數學和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置；當某個裝置處理和計算的是量子信息，運行的是量子演算法時，它就是量子計算機。2017年5月，利用自主發展起來的高性能單光子源，中科大教授潘建偉的「潘之隊」在國際上率先實現了超越人類歷史上第一台電子管和晶體管計算機的量子計算原型機。
中國科學院量子信息重點實驗室主任郭光燦院士介紹，量子計算機是一個複雜系統，除了核心晶元外，操作控制系統是重要的核心器件之一。
目前，絕大多數量子計算機研發團隊仍在使用商用儀器設備自行搭建量子計算機控制系統，由於傳統的科學儀器僅負責單一的信號輸出或者採集任務，產生成本昂貴、兼容性差、功能冗餘、難以集成等系列問題。
針對此項技術難題，本源量子對半導及超導量子比特進行創新利用與研發，研製了一套精簡、高效的量子計算機控制系統——本源量子測控一體機OriginQ Quantum AIO，可將所有量子計算控制系統的功能，集成在一台能夠完整實現對量子晶元控制的機器內。
中國跨出邁向量子計算機重要的一小步
本源量子董事長孔偉成介紹，如果說量子晶元是人的「大腦」，量子計算機控制系統就如人的「骨幹」，量子軟體、應用、語言就相當於「血肉之軀」。量子計算機控制系統是量子計算機不可或缺的組成部分，它能使量子晶元最大程度發揮其性能優勢。
此次正式推出的本源量子測控一體機能提供量子晶元運行所需的關鍵信號，還可處理量子晶元傳回的信息，執行對量子計算機程序的編譯。它將主要應用於量子晶元的測試研究與量子計算機的原理搭建，提供量子晶元的運行環境與介面，提供量子晶元所需的信號生成、採集、控制與處理，應用於精密測量、基礎科學研究、雷達探測等領域。
孔偉成透露，在此次控制系統研製的基礎上，計劃於未來三年左右推出具有30位量子比特位數的量子計算機原型機。
郭光燦認為，除了晶元、控制系統外，真正有用的量子計算機需要的量子元素還很多，此次的量子計算機控制系統的研製，是邁向量子計算機重要的一小步。
姚期智：製造量子計算機重要性遠超研究量子計算
中國科學院院士、圖靈獎獲得者姚期智曾表示，在中國，製造量子計算機的重要性遠遠超過只研究量子計算——因為這將帶動相關技術行業的發展。這種大工程將激發科學家和工程師的潛力，他們會為了求解特定問題而創造出新方法和新技術，這些方法和技術可以在工業發展、國家安全等諸多領域中作出有益於社會的貢獻。
量子加密「競賽」，中國已領先美國！
當前，量子計算主要應用於複雜的大規模數據處理與計算難題，以及基於量子加密的網路安全服務。
美媒稱，從谷歌到阿里巴巴，世界上領先的科技企業都在競相建造第一台量子計算機，它將比今天的計算機強大得多。量子設備可以破解用於保護數字信息的加密，使所有的數字信息面臨危險，從數十億美元的電子商務支付，到存儲在政府資料庫的國家機密。
有應對的辦法嗎？那就是依賴於物理世界相同概念的加密。正如一些科學家在研究量子計算機一樣，另一些科學家也在研究量子安全技術，這種技術可以阻止這些未來機器的密碼破譯能力。
《紐約時報》網站12月5日報道，這是一場可能影響國家安全的競賽，儘管建造量子計算機仍是大家都在乾的事情，但中國在量子加密方面已明顯領先。而美國正在努力追趕。
量子加密「競賽」，中國已領先美國！
與在人工智慧等其他尖端技術上的做法一樣，中國政府已經把各種量子研究列為重點。中國已經在建設使用量子加密傳輸數據的網路上投入了數千萬美元的資金。去年，中國一顆以古代哲學家墨子的名字命名的衛星，使用量子加密技術成功實現了北京與維也納之間的視頻通話。經過四年的規劃和建設，北京和上海之間的專用量子通信網路「京滬幹線」也於去年正式開通。
在美國，政府和業界認為量子加密不過是一項科學實驗。所以，研究人員的精力一直集中在使用現有的數學來構建新的、可對抗量子計算機的加密方法。這種做法不需要新的基礎設施。但現在，在中國的做法和最近的量子研究取得進展的推動下，美國有些人正在努力追趕。
「中國對擁有這項技術有一個經過深思熟慮的戰略，」鄧肯·厄爾說，他曾是橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory）的研究員，現在是探索量子加密技術的Qubitekk公司的總裁兼首席技術官。「如果我們認為我們可在加入這項技術之前等個五年、十年的話，那將太晚了。」
奧地利量子實驗物理權威塞林格在2017年這樣評價稱，中國如今在量子保密通信領域的成就，「愛因斯坦一定會對此感到驚訝」，「因為這些量子力學理論，比如量子糾纏，現在已經真的進入實際應用，這超出了愛因斯坦的預期。」
「量子導航」出現，軍用潛力巨大
2018年11月，英國帝國理工學院研究人員和M Squared公司攜手，研製出全球首款用於導航的量子加速度計，這款導航設備被稱為「量子羅盤」。它是不依賴全球定位衛星（GPS）的防干擾導航裝置。
這個由西方人發明的「量子羅盤」看起來在未來的導航產業中具有巨大的價值。
目前應用最為廣泛的導航系統，是以美國GPS和中國北斗為代表的衛星導航系統，已經在軍事領域、交通導航、衛星授時、應急指揮方面都發揮了非常重要的作用。當然缺點也不是沒有，比如說精度、保密性和抗干擾三個方面，而且衛星導航需要電磁波的傳遞，比如在深海就無法接收衛星導航信號；一旦在戰時衛星系統被摧毀，那麼全球各地的導航信號都將消失。所以催生新導航系統也是非常有必要的。
「量子導航」出現，軍用潛力巨大
此次英國宣布的「量子羅盤」就是這方面的產品，其利用超冷原子對於地球磁場和重力場的感知來進行導航。可以不依賴全球定位系統，便能夠確定地球上任何地方的精確位置。
製造該裝置的帝國理工學院冷物質中心的研究人員約瑟夫·科特說:「它是完全不受外界影響的。如果你想長時間為大型船隻或自動駕駛汽車導航，它的用處特別大，無需發送或接收任何其他信號。」
這也是英國投入巨資獲得的成果。2013年，量子研究被英國政府確定為優先領域，研究重點是軍事技術。此後，通過英國國家量子技術計劃，英國政府在五年內對該領域的項目投資了2.7億英鎊(約合3.5億美元)。
從軍事上來說，量子羅盤具有現實意義。因為量子羅盤不需要衛星信號，它依靠自身的冷原子干涉就可以實現自主導航，這在軍事上的價值巨大。比如在深海中，核潛艇需要在很深的海底航行，海水與空氣不同，電磁波無法在深海里傳播，所以在海底，依靠衛星導航是不可能的，量子羅盤可以在核潛艇中使用。
因此，中國除了要發展北斗系統等導航設備，也需要關注量子羅盤等新一代慣性導航技術的發展，這對國家安全至關重要。
而中國在「量子導航」領域並不落後。早在2016年，中國北京自動化控制設備研究所承擔的，「基於磁共振的微小型原子自旋陀螺儀關鍵技術」就已經完成了原理樣機的研製。雖然與英國「冷原子、量子加速度計」有所差異，但目標都是一致的。都是在不依賴衛星定位的情況下，實現精度定位。
量子技術，或催生第四次產業變革
11月26日，中國「量子之父」潘建偉教授在西安作了《新量子革命：從量子物理基礎檢驗到量子信息技術》的專題報告。他表示，目前新量子革命正在發生，一定要抓住變革的機遇，不斷提高我國信息時代綜合國力和國際競爭力。
潘建偉表示，自從2016年我們中國的墨子號發射之後，這幾年全球都迎來了量子技術方面新的浪潮，發達國家紛紛將量子科技列入國家計劃，投入大量資金從事量子信息方面的研究，開展了包括新一代量子通信衛星等的研製。一些國外企業，像谷歌、微軟、IBM、英特爾等，也積極開展投入進行量子計算研發。量子技術已經成為國際上一個競爭的焦點。
量子技術，或催生第四次產業變革
潘建偉說：「第一次量子革命當中，第一個應用就是核武器的研製，通過美國對於曼哈頓計劃的實施，率先掌握核能力，這個過程當中又研製出計算機等等，催生了現代信息技術的發展，從根本上影響了20世紀的世界格局。我們的核磁共振、核能，材料和生命科學等都用到了量子力學的發現。所以，由量子力學和相對論為代表的第二次科學革命，催生了以信息技術為代表的第三次產業變革。只有抓住了變革中的機遇，才會對未來信息時代綜合國力和國際競爭力產生根本性的影響。」
在實際應用當中，怎麼充分發揮大數據時代和人工智慧的優越性？怎麼解決信息安全的問題？潘建偉院士說，其實，通過對量子物理基礎的檢驗，我們已經為解決這些重大問題做好了準備，目前以量子信息技術為代表的第二次量子革命正在發生。所以，人工智慧和這個量子信息技術結合在一起，可能會帶來第四次產業變革。
潘建偉和他的量子夢之隊
據潘建偉院士介紹，目前在中科院的推動之下，國家發改委已經啟動了一個國家廣域量子保密通信骨幹網，通過這個建設滿足金融、政務、電力電信等行業專網應用需求，同時實現核心器件的全面國產化，實現系統性的量子通信國家技術標準，並且主導國際技術標準的制定。「合肥到武漢段已經建好了，希望能夠慢慢延伸到西安，一直到烏魯木齊、拉薩等，最終形成一個『多橫多縱』的廣域量子通信網路。」
對於未來，潘建偉院士有幾點設想。他表示，希望通過10-15年的努力，形成一個天地一體的廣域量子保密通信網路，通過衛星組網可以實現全球化量子通信，光纖網路可以很方便連接近鄰的城市，然後在城市裡面可以把密鑰送到千家萬戶，這樣的話我們就可以形成下一代國家信息安全的生態系統。而且，利用這樣一種技術，也可以構建一個非常好的很大的「望遠鏡」，利用廣域量子隱形傳態把全球收到的光子，全都匯聚到同一處，構造一個等效口徑跟地球一樣大的「望遠鏡」，用在探索宇宙的角度上是非常有意義的。
量子計算，未來有望改變戰爭面貌
就在四年前，專家們還在爭論量子計算機是否能建成，現在的共識則是：這只是時間問題，而又不僅僅是時間問題。如今，量子計算應用最深入、最具現實性的領域無疑是在通信方面。量子通信可以最大限度地保證用戶的隱私和信息安全，也正因為這樣，量子通信在國家信息安全層面有著越來越迫切的現實需求，這也是包括中國、美國及歐洲紛紛跟進的原因。可以說，量子通訊、量子導航、量子計算機，這些高科技元素正在積聚「能量」，未來有望改變戰爭面貌。而已經站在第一梯隊的中國，必將進一步加快前進的腳步，這顯然不是美國之流靠陰謀詭計所能阻擋的。
TAG:國科環宇 |