光量子计算机 光量子计算机诞生 “量子称霸”意义重大：谷歌微软均致力于该项研发

5月3日，中国在量子计算机研究方面取得了巨大成就，诞生了世界上第一台光学量子计算机，超越了早期的经典计算机。这款光学量子计算机是由中国科学技术大学潘建伟教授和他的同事陆朝扬、朱晓波以及浙江大学王浩华教授的研究团队共同开发的，标志着中国在量子计算机研究方面已经进入了世界一流水平。

科研人员在中科院量子信息和量子科技创新研究院上海实验室内调整操作台上的激光干扰器。方喆 摄计算速度加快2.4万倍

量子计算机具有超快速的并行计算和模拟能力，计算能力随着可操控粒子的数量呈指数级增长。有人曾经打了个比方。如果传统计算机的速度是自行车，那么量子计算机的速度就像飞机。比如用“天河二号”数十亿次的超级计算机解一个数十亿个变量的方程组需要100年，而用一个数十亿次的量子计算机解同一个方程组只需要0.01秒。

因为计算能力的革命性突破，就像蒸汽机走向工业文明一样，量子计算机将成为未来科技的引擎。实验测试表明，样机的采样速度比国际同行的同类实验至少快24000倍，比人类历史上第一台电子管计算机和第一台晶体管计算机快10到100倍。“这是首个超越早期经典计算机ENIAC的基于单光子的量子模拟器，为量子计算超越经典计算能力的最终实现奠定了基础。”卢朝阳指出。

占据“量子称霸”先机

“在量子计算的基础研究领域，有几个大家共同努力的指标节点，显示出超越第一台电子计算机的计算能力；第二，展示超越商用CPU的计算能力；第三，展示超越超级计算机的计算能力。我们取得的成就只是第一步，一小步，但却是重要的一步。”潘建伟说。

量子计算超越经典计算能力，被国际学术界称为“量子霸权”，具有重大战略意义。目前，IBM、Google、微软和中国的研究团队都致力于量子计算机的研发，中国已经率先为这一目标奠定了坚实的技术基础。据悉，研究团队正在进行20个超导量子比特样品的设计、制备和测试工作，将于今年年底前发布量子云计算平台；计划5年后实现50个量子位的相干操控，计算潜力将超过超级计算机“太湖之光”；构建未来具有量子通信安全的互联网，即量子互联网，大约需要15年的时间。届时，量子计算将极大地改变我们在公共安全、交通、气象监测等领域的生活。

领跑量子科研应用

“他们让中国科技大学，也因此让整个中国，在量子计算的世界地图上牢牢占据一席之地。”《新科学家》杂志对潘建伟的团队进行了评价。中国已经成为量子研究领域的领先国家之一。

除了量子计算上的“弯道超车”，中国在量子通信领域也达到了世界顶尖水平，领先欧美国家。中国的量子保密通信技术已经从实验室示范走向产业化和实用化，并朝着高速、长距离和网络化的方向快速发展。世界上第一条量子通信安全干线——“京沪干线”，全长2000多公里，去年建成，目前正在进行最终测试，可以为沿线城市之间的政府和金融机构提供高速、高安全性的信息传输保障。中国科学院量子科学实验卫星墨子，去年8月发射，将实现高速星地量子密钥分配、星地量子纠缠分配和千公里级空地面量子隐形传态。“目前已经建立了星地通道，为后续实验打下基础，最终形成天地一体的量子通信网络。”潘建伟说。

延伸阅读量子技术当之无愧的未来战争“颠覆者”

随着量子信息技术在军事领域的应用越来越广泛，掌握了量子技术的军队可以在战争爆发时熟练运用技术替代“盲目”的对手，从而达到出奇制胜的战略目标。今天出版的《解放军报》指出，作为未来人类的“超级大脑”，量子信息技术将在信息计算、密码安全、高速通信、生物医学、气象模拟、智能传感等方面发挥重要作用，或者在未来战争中发挥“颠覆性”作用。

国防科技大学自主创新团队技术人员在观察物理现象。冯凯旋 摄

1月18日，世界首颗量子科学实验卫星[[/k0/]墨子完成在轨测试任务，正式交付给用户单位。不久前，苏塞克斯大学声称已经为大规模量子计算机设计了一个技术蓝图...量子学科作为未来人类的“超级大脑”，不同于众所周知的经典物理学。基于量子力学发展起来的量子信息技术将在信息计算、密码安全、高速通信、生物医学、气象模拟和智能传感等领域发挥重要作用。

电子计算迎来“新浪潮”

自从1946年世界上第一台计算机诞生以来，人类战争的形式迅速从机械化战争转变为信息战。但随着电子信息技术的进一步发展，摩尔定律“每18个月计算能力翻倍”的思想在未来20年将达到极限，电子计算的瓶颈将日益突出。为了避免电子计算发展能力的“枯竭”，世界各军事强国都先后进行了新一代计算技术的探索，其中最耀眼的“明珠”就是量子计算。

量子计算的存储容量惊人。一个由250个原子组成的量子存储器可以存储2到250次方的数据，比宇宙中已知的所有原子都多。最新一代的量子计算机可以使用1000个量子位，相当于一台“1000基”计算机。

美国国防部高级研究计划局(ARPA)专门制定了开发量子芯片的“量子信息科技发展计划”和“微型曼哈顿计划”，以加速量子信息技术的实际应用。此外，法国、德国、日本、瑞典等国的军队相继制定并实施了一系列发展量子信息技术的计划。中国科学家首次在光学晶格中操纵了超冷原子自旋位的纠缠态，这是基于超冷原子的可扩展量子计算的重要一步。

量子加密解密“有绝招”

密码是保障信息安全的重要手段，也是政府与军方信息对抗的焦点。现代密码学中使用的加密算法通过密钥改变和伪装信息数据并将其恢复。但是传统的加密算法是可以破解的，甚至复杂的密钥都可以被高速计算机找到。这种加密算法已经成为笼罩在信息安全之上的“达摩克利斯之剑”，时刻威胁着国防、金融等领域的安全。

从理论上讲，使用量子密钥加密的通信系统不可能有窃听现象，因为量子通信提供了一种绝对安全的不能被截获和破译的新密码系统。量子安全通信利用量子叠加原理，使用量子的多个化身作为安全通信的密钥。一旦钥匙被窃听或测量，量子的其他化身就会消失。窃听者的存在会引入额外的错误代码，信息的发送者和接收者都可以快速测量这种变化，从而中断密钥传输，有效抵抗针对密码系统的拦截和重传攻击，具有极高的密码安全性。

量子计算不仅可以保证自身的通信安全，还可以用来轻松破解现有的密码系统。随着计算机技术的飞速发展，破译密码的难度逐渐降低，特别是基于并行原理的量子计算可以快速破译基于因式分解算法的密码系统。据估计，使用“量子搜索算法”的量子计算机破解密码不到4分钟，而电子计算机需要1000年。

驶入战场信息“高速路”

量子通信作为量子计算的另一个重要应用领域，是以量子比特为信息传输载体的新型通信技术，具有信息存储容量大、安全性高、传输速度快的突出特点。能够充分满足未来一体化联合作战的需求，实现战场空与军种、兵种的高效互联，将在战场安全密钥、数据加密、信息隐藏、身份认证等领域得到广泛应用。

与传统通信技术相比，量子通信与传播介质无关，可以在深海等特殊环境下实现远距离通信。更重要的是，量子通信信道容量大、通信速率高、隐藏状态传输安全性好，能够充分满足战场条件下安全通信的迫切需求，将直接进入战场信息高速公路。

目前，军用量子通信系统已经出现。通过与地面光纤量子通信网络合作，多颗网络化量子通信卫星将在空之间构建广域量子保密通信网络。未来，量子通信技术将构建一个跨区域甚至全球的高通信安全性的量子通信网络系统。

构建智能作战“大舞台”

随着世界新军事革命的蓬勃发展，军事物联网和各种信息终端将成为信息化军事行动和指挥的神经中枢。同时，战场侦察、指挥协调、目标预警、装备控制和后勤保障都离不开战场智能系统的有效支持。从量子纠缠和叠加特性发展而来的量子雷达、量子传感等新技术，将有助于实现全天候、反隐身、抗干扰作战，为未来的智能作战搭建“大舞台”。

微观世界中，同样来源的两个粒子之间也存在纠缠。利用量子纠缠理论，量子雷达可以将量子信息调制成雷达信号，其灵敏度远高于传统雷达，是未来战场洞察各种隐形目标的“千里眼”。量子成像技术利用量子光场实现高分辨率成像，可以在没有目标的光路上获得被探测目标的图像，在战场上有很大的应用前景。量子信号作为感知战场环境的新型“听诊器”，对环境变化高度敏感。该技术开发的量子传感为提高测量精度提供了新的应用方案。

此外，由于其强大的计算能力，量子技术将在战场人工智能、军事网络大数据、战场天气预报、智能作战装备学习等方面发挥重要作用，是未来战争中当之无愧的“颠覆分子”。可以说，只有正确面对量子技术带来的机遇和挑战，牢牢把握下一代战争变革的主要因素，才能在未来的战争中率先行动，占据主动。