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         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，背后黑手正是屢屢以“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(lǐng)域的領(lǐng)先，已經(jīng)到了讓美國感到恐怖的程度，但中國當(dāng)下的科技進步又豈止于此呢。12月6日，中國首款國產(chǎn)量子計算機控制系統(tǒng)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(lǐng)域發(fā)展非常迅速，已經(jīng)落后的美國恐怕又要抓狂了。

中國首款國產(chǎn)量子計算機控制系統(tǒng)誕生

在量子計算方面，中國再獲突破。12月6日，首款國產(chǎn)量子計算機控制系統(tǒng)OriginQ Quantum AIO在合肥誕生，該系統(tǒng)由本源量子公司開發(fā)，意味著我國的量子計算發(fā)展又向前走了一步。

量子計算這一概念最早是物理學(xué)費曼于1981年引入，隨著當(dāng)前半導(dǎo)體的小型化遇到極限，當(dāng)芯片的電路元件尺寸縮小到納米尺度時，量子力學(xué)效應(yīng)會終結(jié)當(dāng)前的摩爾定律。所以這也是為什么像谷歌、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(xué)規(guī)律進行高速數(shù)學(xué)和邏輯運算、存儲及處理量子信息的物理裝置；當(dāng)某個裝置處理和計算的是量子信息，運行的是量子算法時，它就是量子計算機。2017年5月，利用自主發(fā)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(xiàn)了超越人類歷史上第一臺電子管和晶體管計算機的量子計算原型機。

中國科學(xué)院量子信息重點實驗室主任郭光燦院士介紹，量子計算機是一個復(fù)雜系統(tǒng)，除了核心芯片外，操作控制系統(tǒng)是重要的核心器件之一。

目前，絕大多數(shù)量子計算機研發(fā)團隊仍在使用商用儀器設(shè)備自行搭建量子計算機控制系統(tǒng)，由于傳統(tǒng)的科學(xué)儀器僅負(fù)責(zé)單一的信號輸出或者采集任務(wù)，產(chǎn)生成本昂貴、兼容性差、功能冗余、難以集成等系列問題。

針對此項技術(shù)難題，本源量子對半導(dǎo)及超導(dǎo)量子比特進行創(chuàng)新利用與研發(fā)，研制了一套精簡、高效的量子計算機控制系統(tǒng)——本源量子測控一體機OriginQ Quantum AIO，可將所有量子計算控制系統(tǒng)的功能，集成在一臺能夠完整實現(xiàn)對量子芯片控制的機器內(nèi)。

此次正式推出的本源量子測控一體機能提供量子芯片運行所需的關(guān)鍵信號，還可處理量子芯片傳回的信息，執(zhí)行對量子計算機程序的編譯。

郭光燦認(rèn)為，除了芯片、控制系統(tǒng)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(tǒng)的研制，是邁向量子計算機重要的一小步。

中國科學(xué)院院士、圖靈獎獲得者姚期智曾表示，在中國，制造量子計算機的重要性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過只研究量子計算——因為這將帶動相關(guān)技術(shù)行業(yè)的發(fā)展。這種大工程將激發(fā)科學(xué)家和工程師的潛力，他們會為了求解特定問題而創(chuàng)造出新方法和新技術(shù)，這些方法和技術(shù)可以在工業(yè)發(fā)展、國家安全等諸多領(lǐng)域中作出有益于社會的貢獻。

量子加密“競賽”，中國已領(lǐng)先美國！

當(dāng)前，量子計算主要應(yīng)用于復(fù)雜的大規(guī)模數(shù)據(jù)處理與計算難題，以及基于量子加密的網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)。

美媒稱，從谷歌到阿里巴巴，世界上領(lǐng)先的科技企業(yè)都在競相建造第一臺量子計算機，它將比今天的計算機強大得多。量子設(shè)備可以破解用于保護數(shù)字信息的加密，使所有的數(shù)字信息面臨危險，從數(shù)十億美元的電子商務(wù)支付，到存儲在政府?dāng)?shù)據(jù)庫的國家機密。

有應(yīng)對的辦法嗎？那就是依賴于物理世界相同概念的加密。正如一些科學(xué)家在研究量子計算機一樣，另一些科學(xué)家也在研究量子安全技術(shù)，這種技術(shù)可以阻止這些未來機器的密碼破譯能力。

《紐約時報》網(wǎng)站12月5日報道，這是一場可能影響國家安全的競賽，盡管建造量子計算機仍是大家都在干的事情，但中國在量子加密方面已明顯領(lǐng)先。而美國正在努力追趕。

與在人工智能等其他尖端技術(shù)上的做法一樣，中國政府已經(jīng)把各種量子研究列為重點。中國已經(jīng)在建設(shè)使用量子加密傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)上投入了數(shù)千萬美元的資金。去年，中國一顆以古代哲學(xué)家墨子的名字命名的衛(wèi)星，使用量子加密技術(shù)成功實現(xiàn)了北京與維也納之間的視頻通話。經(jīng)過四年的規(guī)劃和建設(shè)，北京和上海之間的專用量子通信網(wǎng)絡(luò)“京滬干線”也于去年正式開通。

在美國，政府和業(yè)界認(rèn)為量子加密不過是一項科學(xué)實驗。所以，研究人員的精力一直集中在使用現(xiàn)有的數(shù)學(xué)來構(gòu)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(chǔ)設(shè)施。但現(xiàn)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。

“量子導(dǎo)航”出現(xiàn)，軍用潛力巨大

2018年11月，英國帝國理工學(xué)院研究人員和M Squared公司攜手，研制出全球首款用于導(dǎo)航的量子加速度計，這款導(dǎo)航設(shè)備被稱為“量子羅盤”。它是不依賴全球定位衛(wèi)星（GPS）的防干擾導(dǎo)航裝置。

這個由西方人發(fā)明的“量子羅盤”看起來在未來的導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)中具有巨大的價值。

目前應(yīng)用最為廣泛的導(dǎo)航系統(tǒng)，是以美國GPS和中國北斗為代表的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，已經(jīng)在軍事領(lǐng)域、交通導(dǎo)航、衛(wèi)星授時、應(yīng)急指揮方面都發(fā)揮了非常重要的作用。當(dāng)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(wèi)星導(dǎo)航需要電磁波的傳遞，比如在深海就無法接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號；一旦在戰(zhàn)時衛(wèi)星系統(tǒng)被摧毀，那么全球各地的導(dǎo)航信號都將消失。所以催生新導(dǎo)航系統(tǒng)也是非常有必要的。

此次英國宣布的“量子羅盤”就是這方面的產(chǎn)品，其利用超冷原子對于地球磁場和重力場的感知來進行導(dǎo)航?？梢圆灰蕾嚾蚨ㄎ幌到y(tǒng)，便能夠確定地球上任何地方的精確位置。

制造該裝置的帝國理工學(xué)院冷物質(zhì)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只或自動駕駛汽車導(dǎo)航，它的用處特別大，無需發(fā)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(yōu)先領(lǐng)域，研究重點是軍事技術(shù)。此后，通過英國國家量子技術(shù)計劃，英國政府在五年內(nèi)對該領(lǐng)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(xiàn)實意義。因為量子羅盤不需要衛(wèi)星信號，它依靠自身的冷原子干涉就可以實現(xiàn)自主導(dǎo)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(wèi)星導(dǎo)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(fā)展北斗系統(tǒng)等導(dǎo)航設(shè)備，也需要關(guān)注量子羅盤等新一代慣性導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展，這對國家安全至關(guān)重要。

而中國在“量子導(dǎo)航”領(lǐng)域并不落后。早在2016年，中國北京自動化控制設(shè)備研究所承擔(dān)的，“基于磁共振的微小型原子自旋陀螺儀關(guān)鍵技術(shù)”就已經(jīng)完成了原理樣機的研制。雖然與英國“冷原子、量子加速度計”有所差異，但目標(biāo)都是一致的。都是在不依賴衛(wèi)星定位的情況下，實現(xiàn)精度定位。

量子技術(shù)，或催生第四次產(chǎn)業(yè)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(chǔ)檢驗到量子信息技術(shù)》的專題報告。他表示，目前新量子革命正在發(fā)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(fā)射之后，這幾年全球都迎來了量子技術(shù)方面新的浪潮，發(fā)達(dá)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(wèi)星等的研制。一些國外企業(yè)，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(fā)。量子技術(shù)已經(jīng)成為國際上一個競爭的焦點。

在實際應(yīng)用當(dāng)中，怎么充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)時代和人工智能的優(yōu)越性？怎么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(chǔ)的檢驗，我們已經(jīng)為解決這些重大問題做好了準(zhǔn)備，目前以量子信息技術(shù)為代表的第二次量子革命正在發(fā)生。所以，人工智能和這個量子信息技術(shù)結(jié)合在一起，可能會帶來第四次產(chǎn)業(yè)變革。

潘建偉和他的量子夢之隊

據(jù)潘建偉院士介紹，目前在中科院的推動之下，國家發(fā)改委已經(jīng)啟動了一個國家廣域量子保密通信骨干網(wǎng)，通過這個建設(shè)滿足金融、政務(wù)、電力電信等行業(yè)專網(wǎng)應(yīng)用需求，同時實現(xiàn)核心器件的全面國產(chǎn)化，實現(xiàn)系統(tǒng)性的量子通信國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并且主導(dǎo)國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定。“合肥到武漢段已經(jīng)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(wǎng)絡(luò)。”

對于未來，潘建偉院士有幾點設(shè)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(wǎng)絡(luò)，通過衛(wèi)星組網(wǎng)可以實現(xiàn)全球化量子通信，光纖網(wǎng)絡(luò)可以很方便連接近鄰的城市，然后在城市里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(tài)系統(tǒng)。而且，利用這樣一種技術(shù)，也可以構(gòu)建一個非常好的很大的“望遠(yuǎn)鏡”，利用廣域量子隱形傳態(tài)把全球收到的光子，全都匯聚到同一處，構(gòu)造一個等效口徑跟地球一樣大的“望遠(yuǎn)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(zhàn)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(xiàn)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(yīng)用最深入、最具現(xiàn)實性的領(lǐng)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(xiàn)實需求，這也是包括中國、美國及歐洲紛紛跟進的原因?？梢哉f，量子通訊、量子導(dǎo)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(zhàn)爭面貌。而已經(jīng)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。

（來源：國科環(huán)宇）