來(lái)自于微觀世界的較量，才是未來(lái)最宏大的對(duì)決。
量子世界，再起波瀾
2019年3月初，一篇題為“量子加密驚見紕漏”文章出現(xiàn)后，半天點(diǎn)擊破15萬(wàn)，評(píng)論數(shù)超過300條，聲稱“量子加密技術(shù)隱藏著重大缺陷”，搞得中國(guó)五位量子通訊專家不得不下來(lái)辟謠，苦口婆心跟你們解釋《關(guān)于量子保密通訊現(xiàn)實(shí)安全性的討論》。
經(jīng)否認(rèn)該文始于英國(guó)《麻省理工科技評(píng)論》一篇報(bào)導(dǎo)，該報(bào)導(dǎo)引述了北京師大某研究組的一篇仍未即將發(fā)表的內(nèi)容，搞得該研究組的同事也心驚膽戰(zhàn)量子通訊儲(chǔ)存，趕快下來(lái)申明“我們沒有否定量子秘鑰分發(fā)安全性，只是害怕源端出現(xiàn)問題”。
一句話總結(jié)就是：理論沒有問題，工程技術(shù)可能有漏洞。
也就是說(shuō)：萬(wàn)有引力沒有問題，衛(wèi)星制造可能會(huì)出問題。
像過去100年一樣，量子科學(xué)其實(shí)常常被指責(zé)，但每次都是虛驚一場(chǎng)。其實(shí)是一件小事情，但也能看得出社會(huì)對(duì)量子科學(xué)的關(guān)注。同時(shí)，從國(guó)家層面來(lái)講，對(duì)于這些前瞻性又飽受爭(zhēng)議的技術(shù)，必須特別慎重。一方面擔(dān)憂有些公司可能在上面混水捉魚，侵吞國(guó)家經(jīng)費(fèi)，另一方面又要認(rèn)識(shí)到量子技術(shù)是“國(guó)之神器”，它會(huì)在經(jīng)濟(jì)、軍事、科研、安全等領(lǐng)域迅速構(gòu)建全方位的科技優(yōu)勢(shì)。
量子科學(xué)屬于時(shí)代最前沿的方向，實(shí)力強(qiáng)悍的國(guó)家都在這個(gè)領(lǐng)域投入“兵力”，如今這個(gè)領(lǐng)域才能正面對(duì)決的，一直是中印兩個(gè)大國(guó)。
技術(shù)布局：日本持“矛”，中國(guó)握“盾”
量子理論源于1900年，由化學(xué)學(xué)家普朗克提出來(lái)，那種時(shí)侯中國(guó)人還扎著辮子，其實(shí)也就只能當(dāng)現(xiàn)代文明的看客了。
20世紀(jì)初，量子理論在玻爾、海森堡、狄拉克、玻恩、愛因斯坦、薛定諤等大科學(xué)家的努力下漸漸顯得構(gòu)建。
到了20世紀(jì)下半葉步入應(yīng)用時(shí)代，“第一次量子革命”為能源、信息科學(xué)、生命科學(xué)和材料科學(xué)做出巨大貢獻(xiàn)，日本成為“第一次量子革命”領(lǐng)跑者，硅谷就是量子技術(shù)的“結(jié)晶”。
步入21世紀(jì)后，量子理論的應(yīng)用更加成熟，以量子通訊和量子計(jì)算機(jī)為代表的“第二次量子革命”處于臨界點(diǎn)，站上世界舞臺(tái)的中國(guó)“量子軍團(tuán)”開始崛起。
時(shí)至2019年，誰(shuí)先攻破量子理論在“計(jì)算”和“通訊”這兩方面的應(yīng)用，誰(shuí)就有可能博得未來(lái)。
在量子計(jì)算機(jī)方面，日本處于領(lǐng)跑狀態(tài)。
2017年，印度企業(yè)IBM發(fā)布“50比特量子計(jì)算機(jī)樣機(jī)”，全世界為之振動(dòng)。
2018年，韓國(guó)企業(yè)英特爾發(fā)布“49比特量子芯片”，開始朝產(chǎn)業(yè)落地方向加碼。
2018年，新加坡微軟公司宣布推出一款72個(gè)量子比特的通用量子計(jì)算機(jī)。
日本各大公司一直在宣布自己的“新量子技術(shù)”，迫不及待占據(jù)話語(yǔ)權(quán)，目的就在占據(jù)行業(yè)方向，擬定未來(lái)標(biāo)準(zhǔn)。
而在量子通信方面，中國(guó)則稍稍領(lǐng)先半個(gè)身位。
2016年，中國(guó)研發(fā)的世界首顆量子實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”成功發(fā)射，并首次成功實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)的星地單向量子通訊，領(lǐng)先國(guó)際相關(guān)技術(shù)水平起碼5年。
在量子技術(shù)最核心的兩個(gè)領(lǐng)域：中俄各有校長(zhǎng)，但互有競(jìng)爭(zhēng)。
從技術(shù)的本質(zhì)上來(lái)講，量子計(jì)算機(jī)具有逼搶性，而量子通信更緊貼逼搶。假如說(shuō)量子計(jì)算機(jī)是“矛”，那量子通信就是“盾”。
現(xiàn)今的情況是日本拿著“矛”，中國(guó)握著“盾”。雖未正面硬剛，但也各忖機(jī)鋒。
量子計(jì)算機(jī)：算力即權(quán)利
量子通信的理論基石是“量子退相干”理論，具體可以解釋為：監(jiān)聽量子秘鑰會(huì)導(dǎo)致量子態(tài)潰縮，因而使加密秘鑰未能傳輸，這么加密方能夠發(fā)覺有第二者揣測(cè)，可立刻中止訊號(hào)傳輸。量子通信有點(diǎn)像“終極之盾”，這是由理論本身決定的，所有的紕漏在于工程技術(shù)。
經(jīng)過近20年的努力，中國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。
我們這兒重點(diǎn)關(guān)注量子估算這支“矛”的問題，這個(gè)領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)更激烈，也是現(xiàn)今各國(guó)占領(lǐng)“量子霸權(quán)”制高點(diǎn)。
從技術(shù)原理上講，量子計(jì)算機(jī)在原理上顛覆了傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)。
在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的精典模型中，0或是1這就是傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)底層的世界，比特運(yùn)算有一個(gè)缺點(diǎn)，在同一時(shí)間只能處理一個(gè)Bit，估算能力遭到限制。而在量子計(jì)算機(jī)中，借助的是“量子疊加態(tài)”理論，一個(gè)“量比特”不僅僅存在于傳統(tǒng)的0和1狀態(tài)中，還可以是一種二者連續(xù)或重疊狀態(tài)。由于量子具有不確定性，也就是說(shuō)，普通計(jì)算機(jī)n比特可以描述2n個(gè)整數(shù)，但n個(gè)量子比特可以同時(shí)描述2^n個(gè)復(fù)數(shù)，復(fù)數(shù)向量意味著哪些，瞧瞧右圖就明白，意味著任何一個(gè)數(shù)都是“何方可變身千億,一樹梅花一放翁”！
理論上來(lái)說(shuō)，一個(gè)Qubit就可以存儲(chǔ)無(wú)限信息，“量子估算”是借助平行宇宙來(lái)估算，有強(qiáng)悍的并行能力。
算力即權(quán)利，誰(shuí)先奪回“量子霸權(quán)”，誰(shuí)能夠主導(dǎo)未來(lái)的發(fā)展方向，這也是中俄兩國(guó)“深淵下的對(duì)決”，也是一場(chǎng)誰(shuí)都不愿輸?shù)母?jìng)爭(zhēng)。
多國(guó)參與“量子霸權(quán)”之爭(zhēng)
一旦誰(shuí)先擁有了量子算力，誰(shuí)就有可能成為新的世界玩家。
不僅中俄兩國(guó)之外，還有好多國(guó)家就會(huì)步入“量子估算”這個(gè)領(lǐng)域。
實(shí)現(xiàn)“量子霸權(quán)”有兩個(gè)關(guān)鍵性指標(biāo)：可控?cái)?shù)目和相干時(shí)長(zhǎng)。
1.量子比特可控制數(shù)目，50個(gè)量比特是“量子大國(guó)俱樂部”的標(biāo)準(zhǔn)門檻；
2.量子相干的可控時(shí)長(zhǎng)，也就是所謂的“量子糾錯(cuò)容錯(cuò)能力”。
來(lái)自微觀世界的較量，僅僅領(lǐng)先控制量比特的數(shù)目是不夠的，還要保證它時(shí)間上的“相干性”。
現(xiàn)今全世界參考的依然是英國(guó)建造量子計(jì)算機(jī)的技術(shù)新藍(lán)圖，包括5點(diǎn)技術(shù)和2個(gè)輔助條件：
1.一個(gè)能表征量子比特并可擴(kuò)充數(shù)學(xué)系統(tǒng)；
2.才能把量子比特初始化為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)；
3.保證在系統(tǒng)退相干前完成整個(gè)量子估算；
4.構(gòu)造一系列普適的量子門完成量子估算；
5.具備對(duì)量子估算的末態(tài)進(jìn)行檢測(cè)的能力。
還有兩個(gè)輔助條件是：
1.在靜止量子比特和飛行量子比特之間實(shí)現(xiàn)量子信息的轉(zhuǎn)換；
2.具備在節(jié)點(diǎn)間實(shí)現(xiàn)量子比特傳輸?shù)哪芰Α?span style="display:none">kfD物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
基本的理論技術(shù)沒有太大區(qū)別，最終的勝負(fù)還是在于工程的實(shí)現(xiàn)路徑，所以技術(shù)理論上英國(guó)珠玉在前，但工程實(shí)現(xiàn)上中國(guó)有自己的舉國(guó)優(yōu)勢(shì)，誰(shuí)能實(shí)現(xiàn)50個(gè)量比特的通用量子計(jì)算機(jī)，還須時(shí)間來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)。
中國(guó)的“量子躍遷”之路
20世紀(jì)80年代，諾獎(jiǎng)得主理查德·費(fèi)曼提出“量子估算”距今早已近40年量子通訊儲(chǔ)存，那種時(shí)侯的中國(guó)，剛開始處于變革開放早期，你們剛才掙開耳朵看世界，好多人還將“量子理論”視為邪術(shù)，由于它非常接近于“唯心論”。
仍然到好多中國(guó)優(yōu)秀科學(xué)家開始研究量子理論時(shí)，中國(guó)在量子技術(shù)的研究上比西方國(guó)家晚了20年，不過明天的中國(guó)，在量子領(lǐng)域已有舉世矚目的成就。
這種年來(lái)中國(guó)的量子科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速：
2010年，中國(guó)成功實(shí)現(xiàn)當(dāng)時(shí)世界上最遠(yuǎn)距離16公里的量子態(tài)隱型傳輸。
2013年6月，中國(guó)科首次成功實(shí)現(xiàn)用量子計(jì)算機(jī)求解線性多項(xiàng)式組的實(shí)驗(yàn)。
2016年8月，世界首顆空間量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”發(fā)射升空。
2017年5月，世界上第一臺(tái)趕超精典5量子比特計(jì)算機(jī)在中國(guó)誕生。
2018年7月，中國(guó)完成了對(duì)18個(gè)量子比特的種狀態(tài)的同時(shí)檢測(cè)。
明天，中國(guó)量子科研論文發(fā)表量排行全球第一、專利應(yīng)用排行第二。在“第二次量子革命”的起步階段，中國(guó)異軍凸出，躍入國(guó)際“第一陣營(yíng)”，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)軍團(tuán)的“量子躍遷”之路。
量子科學(xué)：和平時(shí)代的“核力量”
提到量子熱學(xué)，你們想到的都是神秘玄奧的科學(xué)知識(shí)，還有人在懷疑這是一個(gè)“妖言惑眾”的領(lǐng)域。這不能怪普通人，這而且被愛因斯坦和玻爾用“上帝跟宇宙玩擲色子”來(lái)形容的學(xué)科，普通人要完全理解很有難度。
事實(shí)上，作為20世紀(jì)與相對(duì)論并列的偉大理論，量子理論在實(shí)際生活中的應(yīng)用非常廣泛。
筆記本中的硅基芯片、二極管、三極管、原子鐘、激光都是量子理論的產(chǎn)物，可以說(shuō)沒有量子熱學(xué)，就沒有現(xiàn)代文明。
如今競(jìng)爭(zhēng)集中在量子估算上。在一個(gè)“算力為王”的互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，量子估算技術(shù)一旦突破，把握這些能力的國(guó)家，會(huì)在經(jīng)濟(jì)、軍事、科研、安全等領(lǐng)域崛起成為“超級(jí)強(qiáng)國(guó)”，相當(dāng)于把握和平時(shí)期的“核力量”，動(dòng)用這些力量，如今的建行安全體系，互聯(lián)網(wǎng)帳號(hào)體系，各類加密通信都成了“紙糊的燈籠”。
科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不是為了尋求霸權(quán)，量子理論的應(yīng)用是為全人類惠及。但只要國(guó)家存在，我們必須承認(rèn)競(jìng)爭(zhēng)不可防止，而來(lái)自于微觀世界的交鋒，才是未來(lái)最宏大的對(duì)決。