參考消息網(wǎng)7月26日報道 英媒稱，隨著黑客的惡意攻擊手段日臻高深莫測，中國即將啟動一種“黑客無法入侵”的新通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——或少至少說，任何攻擊都會被迅速偵測到。

據(jù)英國廣播公司7月25日報道，中國正在發(fā)展的這種技術(shù)叫做量子編碼，對目前使用的任何傳統(tǒng)解碼方式是一個重大的突破。中國在山東濟(jì)南市率先啟動這個項(xiàng)目，被官方媒體稱為具有里程碑意義。

報道稱，這一先進(jìn)項(xiàng)目背后還有一個更大的背景：在這項(xiàng)西方長時間以來一直在猶豫要不要投資的技術(shù)上，中國現(xiàn)在正走在前頭。

在濟(jì)南的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，有200個來自軍方、政府、金融以及電力等部門的用戶將能夠安全地互傳信息，因?yàn)樗麄冎?，這些信息只有他們自己在讀。

報道稱，中國推進(jìn)量子通信技術(shù)，意味著這個國家正在大踏步發(fā)展那些可能令互聯(lián)網(wǎng)更安全的應(yīng)用程式。其他國家可能在不久后就會發(fā)現(xiàn)，他們要向中國購買這些應(yīng)用。

于是，這種中國投入大量資源的技術(shù)到底是什么？

“無法入侵”的通信

報道稱，假如你發(fā)送一條想要不被竊聽的信息，傳統(tǒng)的編碼方式是將閱讀信息所需的破解碼隱藏在非常復(fù)雜的數(shù)學(xué)程式當(dāng)中。

但是在數(shù)學(xué)當(dāng)中，“復(fù)雜”如何界定？它指的是你必須運(yùn)算得非?？?，不能反復(fù)組合一長串的數(shù)字編碼。在2017年，你需要一臺非常強(qiáng)大的電腦就能做到。

報道稱，電腦運(yùn)算能力的穩(wěn)步發(fā)展，意味著以數(shù)字為基礎(chǔ)的密碼必須定期地加長。于是加密就是有保存期的，并且正在迅速變得越來越脆弱。

人們還擔(dān)心，量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展有效地將數(shù)碼破壞能力向前推進(jìn)一大步，將令許多現(xiàn)代的加密軟件變得不堪一擊。而量子通信的工作原理不一樣：報道稱，如果你想要發(fā)送你的保密信息，你首先要另外發(fā)送一個埋藏在光粒子當(dāng)中的密碼；只有完成這一步，你才會發(fā)送你的加密信息，然后接收者將可以通過事先發(fā)送的密碼閱讀信息。

這種所謂量子編碼的決定性優(yōu)勢在于，如果有人試圖攔截光粒子，他們就必然會改變或者破壞它。

這意味著，任何進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)入侵的意圖將會被發(fā)送者和原定的接收者立即發(fā)現(xiàn)——于是才有了它“無法入侵”的說法。

西方被甩在后面

報道稱，既然量子通信能夠幫助保護(hù)網(wǎng)絡(luò)通信的安全，為什么西方會讓中國領(lǐng)先這么多？

倫敦帝國學(xué)院的金明湜教授說：“在很長時間里，人們根本不認(rèn)為這是有需要的。”他還表示，過去也不知道這項(xiàng)技術(shù)有沒有商業(yè)市場。

“目前解碼系統(tǒng)當(dāng)中的數(shù)學(xué)程式難度之高，令人們不覺得有必要實(shí)施這項(xiàng)新技術(shù)，”他說。

這種研究本身并不是新的，中國在競爭中也沒有優(yōu)勢。它的優(yōu)勢在于應(yīng)用?！皻W洲已經(jīng)錯過了這一班船，”這一領(lǐng)域的先驅(qū)者、奧地利維也納大學(xué)的量子物理學(xué)家安頓·蔡林格教授說。

他表示，他早在2004年曾試圖說服歐盟資助更多量子技術(shù)的相關(guān)項(xiàng)目，但是他的提議效果非常有限?！皻W洲一直步履蹣跚，這阻礙了我們競爭的步伐，”蔡林格教授說。

報道稱，美國和歐洲有一些以密碼為基礎(chǔ)的量子網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)作，但是大多數(shù)都是被作為研究項(xiàng)目，而不是與商業(yè)伙伴合作

其中一個問題是，類似濟(jì)南通信網(wǎng)這樣的應(yīng)用程式建立是昂貴的。如果尚未有商業(yè)市場，就很難得到投資者或者政府的支持。

報道稱，新加坡國立大學(xué)量子技術(shù)中心的物理學(xué)家瓦萊里奧·斯卡拉尼說：“我們必須承認(rèn)，當(dāng)中國要投資一個事物的時候，他們所擁有的財(cái)力和人力可能超過除了美軍以外的世界上任何實(shí)體。”

【延伸閱讀】揭開中國量子計(jì)算機(jī)“嬰兒”的神秘面紗

新華社北京5月13日電（記者喻菲徐海濤周琳）位于上海的中科院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院的一間實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，三平米的實(shí)驗(yàn)臺上看似毫無章法、密密麻麻地布滿大大小小的鏡片和古怪的器件，一些電線從上方的支架上垂落下來，旁邊的一臺儀器發(fā)出單調(diào)的“啾啾”聲。

這是近20位科研工作者經(jīng)過4年多孕育出的中國量子計(jì)算機(jī)“嬰兒”，它也是世界上首臺超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)，5月初才在世人面前首次亮相。

量子計(jì)算所依據(jù)的原理是微觀世界最詭異的量子糾纏現(xiàn)象。對古人來說，現(xiàn)代電子技術(shù)如同巫術(shù)，而開啟未來科技引擎的量子計(jì)算在當(dāng)今世人眼中又何嘗不是。

制造上帝無法區(qū)分的光子

這臺初具雛形的光量子計(jì)算機(jī)的研制者之一、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)年僅34歲的陸朝陽教授留著寸頭短發(fā)，眼鏡片藏不住眼中露出的聰慧，人們稱他是操縱光子的“巫師”。

中國量子計(jì)算機(jī)發(fā)展路線圖。（受訪者供圖）

“世界上找不到兩片一模一樣的樹葉，但我們可以制造出兩個一模一樣的光子，可以開玩笑地說連上帝都無法區(qū)分，量子力學(xué)中叫做‘全同’。兩個獨(dú)立的光子只有一模一樣了，才能讓它們產(chǎn)生量子干涉，進(jìn)而糾纏，否則兩個光子誰都不理誰?！标懗栒f。

上帝也無法區(qū)分的光子產(chǎn)生于一個單光子源。發(fā)出鳴叫聲的是制冷機(jī)，為單光子源提供零下269攝氏度的低溫環(huán)境。

“我們這里的單光子目前在國際上綜合性能最優(yōu)，全同性比率達(dá)到99.5%，效率比國際上第二名高10倍以上。這是由于我們在2013年創(chuàng)新了一種激發(fā)方法，可以大幅度降低噪音。之前國外技術(shù)產(chǎn)生的單光子就好像一對玩了泥巴的雙胞胎，你可以通過他們身上的泥巴區(qū)分他們，而我們制造出的光子就像把雙胞胎洗得干干凈凈，你就分辨不出他們了。”陸朝陽說。

這些光子在實(shí)驗(yàn)臺上的鏡片間跑來跑去，經(jīng)過10多個波片，改變了偏振信息后被導(dǎo)入一個關(guān)鍵器件——多路分束器，它相當(dāng)于這臺光量子計(jì)算機(jī)的CPU。在這里，“巫師們”對光子進(jìn)行操縱。

那些看似橫七豎八排列的反射鏡、波片、分束器和其他怪異的元器件，其實(shí)是“巫師們”獨(dú)具匠心地設(shè)計(jì)、組裝起來的。

“我們設(shè)計(jì)出的超低損耗量子線路效率達(dá)到99%，而國際上其他研究組的量子線路效率只有30%?！标懗栒f。

陸朝陽和學(xué)生們討論光量子計(jì)算機(jī)的運(yùn)行情況。（新華社記者金立旺攝）

這個“嬰兒”誕生以來，只做了一件事：玩了一個叫“玻色取樣”的游戲。這是科學(xué)家專門設(shè)計(jì)出來讓量子計(jì)算機(jī)和經(jīng)典計(jì)算機(jī)比賽的游戲。

對著顯示屏上高低起伏的譜線，“巫師”說：“我們僅操縱了5個糾纏的光子，它就打敗了早期的經(jīng)典計(jì)算機(jī)。”而“巫師們”在2016年底已可以操縱10個糾纏光子，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。他們計(jì)劃今年年底實(shí)現(xiàn)操縱大約20個量子比特。

“雖然這臺光量子計(jì)算機(jī)還不如你握著的手機(jī)計(jì)算能力強(qiáng)，但它是一個里程碑。人類歷史上第一臺電子計(jì)算機(jī)有幾間屋子大，今天我們看它一文不值，但它具有非常重要的科學(xué)意義，從科學(xué)到技術(shù)，再到應(yīng)用，要一步步走來?！标懗栒f，最初汽車剛發(fā)明時，性能很不可靠，還沒有馬車方便舒適。但隨著技術(shù)的發(fā)展，汽車終究超過馬車。

尋找通往“羅馬”的路

陸朝陽的導(dǎo)師、中科院院士潘建偉20多年一直致力于對微觀粒子的操控。他的團(tuán)隊(duì)近期取得量子計(jì)算方面的突破得益于單光子源和超低損耗量子線路方面的進(jìn)展?！拔覀冊缦鹊穆贩浅ＦD難，而現(xiàn)在進(jìn)展越來越快，這意味著量子計(jì)算研究就像雨后春筍，到了爆發(fā)式成長的節(jié)點(diǎn)?！?/p>

由于量子計(jì)算的巨大潛在價值，歐美各國以及一些大型高科技公司如谷歌、微軟、IBM等都在大力研究。如何實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算，科學(xué)家們正在嘗試很多種方案，光量子只是其中一種。

從事超導(dǎo)量子計(jì)算研究的中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授朱曉波說：“我所知道的各國在花大力氣做的就有七八種路徑，中國幾個研究團(tuán)隊(duì)走在不同的路徑上?！?/p>

“現(xiàn)在誰也不知道最后哪個技術(shù)路線能做成真正有實(shí)用價值的量子計(jì)算機(jī)，有可能條條大路通羅馬，好幾個方向都做成，只是解的問題不一樣，有可能會有不同類型的量子計(jì)算機(jī)。還有一種可能是，或許某一天從一條無人知道的路徑殺出一匹黑馬?！敝鞎圆ㄕf。

目前，潘建偉團(tuán)隊(duì)在三個方向努力推進(jìn)：光量子、超冷原子和超導(dǎo)。

潘建偉說，光量子系統(tǒng)是中國的傳統(tǒng)優(yōu)勢。但最快能帶來實(shí)際價值的可能是超冷原子系統(tǒng)?！翱赡茉龠^一兩年，我們的實(shí)驗(yàn)室就能達(dá)到400個原子的相干操縱，這將是巨大的進(jìn)步?！?/p>

量子計(jì)算機(jī)研究實(shí)驗(yàn)裝置。（受訪者供圖）

而超導(dǎo)量子計(jì)算這條技術(shù)路徑也不能忽視。谷歌、IBM等公司在這一領(lǐng)域做了巨大投入?！斑@是因?yàn)槌瑢?dǎo)量子系統(tǒng)的可集成性和相干性非常好，它的耗電量比經(jīng)典超級計(jì)算機(jī)小得多，幾乎可以忽略不計(jì)。而這方面，中國也具有成熟的技術(shù)?！迸私▊フf，不同的研究團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)協(xié)同創(chuàng)新、相互借鑒。

潘建偉預(yù)計(jì)，2020年中國有望研制出50個左右量子比特的超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)，超越目前最強(qiáng)大的超級計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)“量子稱霸”。

孕育中的另一個“嬰兒”

在量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院另一間實(shí)驗(yàn)室，超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)也在孕育之中。與光量子計(jì)算機(jī)五臟六腑一覽無余地鋪陳開來不同的是，超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)的核心部件都包裹在一個懸在空中一米多高的圓柱形罐子里。同樣有制冷機(jī)發(fā)出鳴叫，不過超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)需要的環(huán)境溫度更低，達(dá)到零下273.15攝氏度。

作為它的主要研制者之一，朱曉波說，他與浙江大學(xué)王浩華教授以及陸朝陽、潘建偉合作，用超導(dǎo)材料研制出世界上糾纏數(shù)目最多（即10比特）的超導(dǎo)量子芯片。

這個指甲蓋大小的芯片就位于圓柱形罐子的底部，巨大的罐子是為了提供芯片工作所需要的極低溫、極低噪聲的環(huán)境。

朱曉波認(rèn)為，目前這套系統(tǒng)還不能稱為一臺超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)。他希望能做出平臺和接口，可以讓人去訪問它。“量子計(jì)算機(jī)是全新的，怎么運(yùn)算，很多最頂級科學(xué)家也不清楚。我們希望今年年底能做出10量子比特的演示機(jī)器?！?/p>

他說，目前最困難的是如何提高量子芯片的操控精度。量子芯片是非常脆弱的系統(tǒng)，蝴蝶扇動翅膀的能量都比操控量子的能量高萬億億倍，所以屏蔽震動、電磁波等造成的環(huán)境噪聲非常關(guān)鍵?！岸@其中特別難做到的是，在提高操控的量子比特?cái)?shù)目的同時，還要屏蔽噪聲?！?/p>

潘建偉認(rèn)為，中國科學(xué)家10年內(nèi)可以做到100個量子比特的操縱，這樣就可以研制出在某些方面有實(shí)用價值的量子計(jì)算機(jī)，它的計(jì)算能力可以達(dá)到現(xiàn)在全世界計(jì)算能力總和的百萬倍。

朱曉波介紹超導(dǎo)量子計(jì)算機(jī)芯片。（新華社記者金立旺攝）

人類對計(jì)算能力的需求永無止境。第一臺經(jīng)典計(jì)算機(jī)剛問世時，IBM的創(chuàng)始人托馬斯·沃森曾說，全世界只需要5臺計(jì)算機(jī)就夠了。但現(xiàn)在每人都至少需要一臺。

那么未來人人都會有量子計(jì)算機(jī)嗎？

潘建偉預(yù)測，全世界有幾萬或者幾百萬臺量子計(jì)算機(jī)?！暗俏壹依锟隙ú恍枰幸慌_，把手機(jī)、筆記本電腦造成低溫很困難。但我可以使用云計(jì)算，通過量子通信把需要計(jì)算的任務(wù)發(fā)送到云端?！?/p>

“傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)已經(jīng)能算得很好的問題，我們就不需要用量子計(jì)算機(jī)。我們要解決的是經(jīng)典計(jì)算機(jī)解決不了的問題，例如破譯密碼、天氣預(yù)報、藥物設(shè)計(jì)。量子計(jì)算還能大力推動人工智能的研究?！迸私▊フf：“以后是否有通用的量子計(jì)算機(jī)，現(xiàn)在還很難說，可能將來的量子計(jì)算機(jī)跟我們現(xiàn)在想象的都不一樣?！?/p>

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