8月16日凌晨1時40分，中國成功發(fā)射世界首顆量子通信衛(wèi)星“墨子”，這可能為我們帶來不可破解的加密無線網(wǎng)絡(luò)。另外，耗資8000萬美元、長達(dá)2000公里的量子通信京滬干線將在今年晚些時候建成，連接北京和上海的政府辦公室。
領(lǐng)導(dǎo)量子通信項目的，是中國科技大學(xué)教授潘建偉，正是他成功構(gòu)建了2009年國慶節(jié)閱兵關(guān)鍵節(jié)點之間的量子通信熱線。今年早些時候，潘建偉在接受財新網(wǎng)采訪時說：“中國完全有能力在一場局部戰(zhàn)爭中充分使用量子通信。未來的發(fā)展方向是利用量子中繼衛(wèi)星實現(xiàn)覆蓋全軍的量子通信指揮。”
工作原理
中國量子科學(xué)實驗衛(wèi)星效果圖
這個量子通信網(wǎng)絡(luò)和“墨子”將使用量子密鑰分發(fā)技術(shù)來傳輸加密數(shù)據(jù)，通過光波脈沖信號傳送加密秘鑰。數(shù)據(jù)的傳輸非常安全，這得益于量子糾纏現(xiàn)象。相互獨立的粒子“糾纏”在一起時，它們就擁有相同的量子態(tài)，無論彼此之間的空間距離有多遠(yuǎn)，但被觀察到后，糾纏就會崩潰。
這意味著，從理論上講，竊聽者無法在不立刻改變量子態(tài)和不被發(fā)現(xiàn)的情況下竊取數(shù)據(jù)。
這種技術(shù)所提供的信息安全顯然是所有國家都非常感興趣的。“斯諾登事件告訴我們，在傳輸線路中可以進行光纜的無感竊聽，黑客的攻擊無所不在。”潘建偉說。
墨子號的質(zhì)量約640千克，搭載量子密鑰通信機、量子糾纏發(fā)射機、量子糾纏源和量子試驗控制與處理機，軌道高度500公里，在軌設(shè)計壽命兩年。
未來計劃
維也納大學(xué)量子物理研究人員安東·澤林格(Anton Zeilinger)曾希望歐洲航天局研發(fā)自己的量子通信衛(wèi)星，但發(fā)現(xiàn)該機構(gòu)動作緩慢。“他們動作太慢了，遲遲沒有作出決定。”他在2012年對《自然》雜志說。
于是，澤林格選擇與中國合作。他曾是潘建偉的博士生導(dǎo)師。2013年，奧地利和中國宣布合作開展空間尺度量子實驗，在維也納修建中國量子通信衛(wèi)星的一個地面站。
今年1月，潘建偉說：“我們的第一個任務(wù)是看看能否在北京地面站和這顆衛(wèi)星之間、維也納地面站和這顆衛(wèi)星之間實現(xiàn)量子秘鑰分發(fā)。然后，看看能否把這顆衛(wèi)星作為中續(xù)裝置，在北京和維也納地面站之間實現(xiàn)量子秘鑰分發(fā)。”作者聯(lián)絡(luò)了澤林格的辦公室，他們說：“計劃在歐洲建造4個地面站。”
對于未來的規(guī)劃，新華社報道稱，中國要力爭“在2020年實現(xiàn)亞歐洲際量子秘鑰分發(fā)，在2030年建成全球量子通信網(wǎng)絡(luò)”。
潘建偉表示，他想要“看看能否在地球和月球之間進行量子糾纏分發(fā)。我們希望通過嫦娥探月工程，把一顆量子衛(wèi)星發(fā)射到地月系統(tǒng)的一個重力平衡點(拉格朗日點)。”
同時，中國政府一直在和國內(nèi)的民營科技公司合作，包括阿里巴巴和中興。2015年，阿里巴巴署了一份戰(zhàn)略合作協(xié)議，與中國科學(xué)院共同成立“中國科學(xué)院-阿里巴巴量子計算實驗室”。潘建偉說：“該實驗室將開展前瞻性研究，研制最有希望實現(xiàn)量子計算實際應(yīng)用的系統(tǒng)。”
“該實驗室將把阿里云在經(jīng)典計算算法、架構(gòu)和云計算方面的技術(shù)優(yōu)勢，以及中科院在量子計算和模擬、量子人工智能等方面的優(yōu)勢結(jié)合起來，以突破摩爾定律和經(jīng)典計算的瓶頸。”
在中國之外，加拿大聯(lián)邦經(jīng)濟發(fā)展局資助了量子計算研究所(Institute for Quantum Computing)和多倫多大學(xué)空間飛行實驗室(Space Flight Laboratory)的量子秘鑰分發(fā)微衛(wèi)星可行性研究。
量子計算
IBM研究院的量子計算機結(jié)構(gòu)示意圖
除了量子通信，眼下還有大量投資在涌入量子計算的其他相關(guān)領(lǐng)域。在量子計算中，量子位不是處于1或者0的二進制狀態(tài)，而是處于“疊加態(tài)”，既是1也是0。這可能催生出性能飛躍的計算機，能夠利用的可能狀態(tài)要多得多。
在商業(yè)化方面，加拿大公司D-Wave是這個領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊之一，推出了幾種包含量子機制的計算機。該公司宣稱，D-Wave 2X擁有1,000個量子位，可同時評估21000個可能方案。但D-Wave 2X是不是真正的量子計算機還存在爭議。
和美國宇航局(NASA)共用一臺D-Wave計算機的谷歌(Google)，也建立了自己的量子計算機研發(fā)部門，由約翰·馬丁尼斯(John Martinis)領(lǐng)導(dǎo)。IBM在2014年啟動了一個耗資數(shù)十億美元的量子計算機計劃，并在今年5月向公眾開放了基于IBM云的試驗性量子計算平臺“IBM Quantum Experience”。
IBM表示：“我們正在掀開信息革命的新篇章。到目前為止，這場革命幾乎完全基于物理學(xué)家所說的經(jīng)典信息模型?，F(xiàn)在，我們知道這太狹隘了。量子理論和量子信息處理技術(shù)將使我們可以完成經(jīng)典計算機需要花費無數(shù)歲月才能完成的運算，使我們可以通過其他的方式來處理信息，這些方式是如此地新穎和不同，以至于根本無法用經(jīng)典模型來加以準(zhǔn)確描述，更別說執(zhí)行了。”
目前各主要國家都在大力開發(fā)量子計算技術(shù)。美國中情局旗下的風(fēng)投機構(gòu)In-Q-Tel就投資了D-Wave公司;NASA建立了自己的量子人工智能實驗室(D-Wave、NASA、谷歌都在彼此合作和競爭);去年底，美國情報高級研究計劃署(IARPA)向IBM提供了“一大筆資金，以推進通用量子計算機的研究”。
歐盟雖然在建造量子通信衛(wèi)星方面動作緩慢，但同樣不想錯過量子計算革命。今年5月，歐盟數(shù)字經(jīng)濟和社會委員京特·厄廷格(Günther H. Oettinger)公布了一個耗資11.2億美元的量子技術(shù)項目，“這是個龐大的項目，在規(guī)模、時間跨度、雄心方面，與歐洲目前的兩個(未來和新興技術(shù))旗艦項目——石墨烯旗艦項目、人類大腦工程——相當(dāng)”。
今年早些時候，加拿大總理賈斯汀·特魯多(Justin Trudeau)因為在公開場合流利地解釋量子計算原理并宣布向該領(lǐng)域投入3900萬美元而受到媒體廣泛報道。一周后，澳大利亞總理馬爾科姆·特恩布爾(Malcolm Turnbull)為一個新的量子計算實驗室揭牌，他說：“對于澳大利亞而言，這不僅是重要的一步，更是偉大的一步。”(來源|造就)
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