2019年2月15日，英國國際戰(zhàn)略研究所發(fā)布《軍事平衡2019》研究報(bào)告。本文簡單介紹其中“量子計(jì)算與防御”相關(guān)章節(jié)內(nèi)容。這一部分內(nèi)容主要闡述了量子技術(shù)在國防領(lǐng)域的主要應(yīng)用、世界主要國家的發(fā)展情況，以及量子技術(shù)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域尤其是地緣政治方面所具有的作用優(yōu)勢，認(rèn)為量子技術(shù)將對各國的國防建設(shè)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

報(bào)告指出，對量子技術(shù)進(jìn)行整合是目前軍隊(duì)最為期望的發(fā)展之一，但其確切影響還難以預(yù)測。雖然對量子技術(shù)的經(jīng)濟(jì)應(yīng)用和廣泛使用還需要數(shù)年時(shí)間，但毫無疑問的是，當(dāng)量子技術(shù)被大規(guī)模使用時(shí)，將會產(chǎn)生一定的顛覆性影響。2018年5月，英特爾科技公司的量子計(jì)算主管就曾表示：“如果10年后我們有一臺擁有幾千位比特的量子計(jì)算機(jī)，那肯定會像第一臺微處理器那樣改變整個世界。”與此同時(shí)，雖然量子技術(shù)最終將會對軍事力量、情報(bào)部門和執(zhí)法機(jī)構(gòu)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，但尚不清楚它將在多大程度上改變國家之間或國家與非國家行為體之間的傳統(tǒng)性權(quán)力平衡。

一、潛在的軍事應(yīng)用

報(bào)告指出，在量子信息科學(xué)領(lǐng)域，與國防相關(guān)的新型應(yīng)用正在產(chǎn)生，這些應(yīng)用通常以“量子”單一命名的方式組合在一起，但這些應(yīng)用值得進(jìn)行獨(dú)立思考。量子密鑰分配、量子密碼分析和量子傳感都有望以不同的方式對戰(zhàn)略安全產(chǎn)生重要影響。例如，量子密鑰分配為防御者提供了有利條件，以確保他們的通信安全，而量子密碼分析則是一種固有的攻擊能力，盡管這種能力正在以較慢的速度發(fā)展成熟。廣義量子計(jì)算還將提供許多其他的可能性，但在此階段還很不確定，無法對它們的二階效應(yīng)進(jìn)行一致分析。

量子秘鑰分配。報(bào)告指出，最常見的量子加密形式是在安全通信會話啟動期間，使用光子的量子“疊加”效應(yīng)來傳輸密鑰，根據(jù)海森堡的不確定原理，光子的精確狀態(tài)是不確定的，直到它們被孤立并測量到，也就是直到它們表現(xiàn)出特定的極化狀態(tài)?；诮厝。ɑ颉`聽’）量子比特的過程會不可逆轉(zhuǎn)地改變它，這就使量子秘鑰分配為人們提供了一種能夠掌握通信是否被攔截或竊聽的有價(jià)值的方法手段。量子秘鑰分配技術(shù)適用于現(xiàn)有的加密通信系統(tǒng)，但直到過去幾年時(shí)間里，它一直面臨著遠(yuǎn)距離應(yīng)用方面的挑戰(zhàn)，因此在有限的環(huán)境之外該技術(shù)手段尚無法應(yīng)用。

量子秘鑰分配技術(shù)具有巨大潛力

量子密碼分析。報(bào)告中指出，量子密碼分析是指量子計(jì)算對編碼信息進(jìn)行解密的具體應(yīng)用。目前的加密標(biāo)準(zhǔn)主要依賴于對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的數(shù)學(xué)算法，這些算法在任何合理的時(shí)間內(nèi)都是能夠被有效破解的。例如，美國軍事級的、先進(jìn)的256位加密標(biāo)準(zhǔn)，如果使用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)通過蠻力方法（即基于所有可能解決方案的“試錯”方法），理論上需要數(shù)十億年的時(shí)間才能破解。然而，量子計(jì)算機(jī)最終將能夠代替這種依序試錯的方法來處理這些復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題，從而實(shí)現(xiàn)同時(shí)考慮多種可能的替代方法。量子密碼分析的前景是如此誘人，以至于一些國家已經(jīng)開始收集加密的國外通信，期望將來能夠從這些數(shù)據(jù)中提取出有價(jià)值的秘密。當(dāng)量子密碼分析確實(shí)可用時(shí)，它將通過廣播或攔截通信的方式進(jìn)行解密，從而對國際關(guān)系產(chǎn)生重大影響。對于那些廣泛依賴加密以確保軍事行動、外交信函或其他敏感數(shù)據(jù)安全的國家來說，這可能是一個分水嶺事件。

量子傳感測量。報(bào)告指出，2018年9月美國發(fā)表了“國家量子信息科學(xué)戰(zhàn)略概覽”，其中將量子傳感定義為“利用量子力學(xué)提高測量的基本準(zhǔn)確度和/或?yàn)?a target="_blank">傳感器和測量提供新的機(jī)制或模式”。這種新的能力將具有明顯的軍事優(yōu)勢。英國國防科學(xué)專家委員會就強(qiáng)調(diào)：“改進(jìn)重力傳感器（量子重力計(jì)）的潛在重要性，在于它可以探測水下運(yùn)動的物體，如潛艇?！崩昧孔蛹夹g(shù)測量磁場微小變化的超導(dǎo)磁強(qiáng)計(jì)也可以用來定位敵方潛艇，而量子雷達(dá)還可以用來探測低空偵察飛機(jī)。英國國防科學(xué)和技術(shù)實(shí)驗(yàn)室也講到：“量子傳感技術(shù)預(yù)計(jì)將會開啟新的軍事顛覆性技術(shù)，例如新型通信或雷達(dá)模式。”量子技術(shù)已經(jīng)成為原子鐘小型化相關(guān)發(fā)展的一部分，并在定位、導(dǎo)航、計(jì)時(shí)等方面發(fā)揮作用。

量子通信技術(shù)前景廣闊

報(bào)告進(jìn)一步指出，盡管目前量子計(jì)算技術(shù)還處于研發(fā)階段，尚不能預(yù)見未來還會有哪些發(fā)明，或者是友好力量或?qū)κ謱⑷绾卫盟鼈?，但量子?jì)算將來可能會帶來一些其他顛覆性應(yīng)用。然而，量子計(jì)算并不能完全取代基于晶體管和硅制微芯片的經(jīng)典計(jì)算方法。相反，量子計(jì)算最好被考慮為一種替代的、互補(bǔ)的，甚至是增效技術(shù)，將來能夠解決一些目前計(jì)算機(jī)無法解決的問題，但對于解決當(dāng)前計(jì)算機(jī)所擅長的問題而言，這種技術(shù)也很可能是相對無效的，或者只是稍微好一點(diǎn)。

二、國家計(jì)劃

報(bào)告指出，一些國家正大力投資于量子研究，以獲得經(jīng)濟(jì)和軍事優(yōu)勢。量子計(jì)算的軍地兩用性質(zhì)，意味著一些私營公司和大學(xué)也將在這些新技術(shù)的發(fā)明和改造中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在2018年3月提交給英國下議院的科學(xué)技術(shù)委員會的報(bào)告中，英國物理研究所就宣稱：“英國需要通過深化學(xué)術(shù)界和工業(yè)界之間的聯(lián)系，利用相關(guān)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，將其強(qiáng)大的研究基礎(chǔ)轉(zhuǎn)化為商業(yè)產(chǎn)品”。在這場新型技術(shù)競賽中，一個民族國家可以在多大程度上調(diào)動資源，優(yōu)先發(fā)展軍事應(yīng)用，將會顯示出決定性優(yōu)勢。

中國發(fā)展情況。中國是量子研究和發(fā)展的早期引領(lǐng)者，2016年北京發(fā)出了一項(xiàng)聲明，努力在2030年前實(shí)現(xiàn)量子技術(shù)的重大突破。同年，北京發(fā)射了世界上第一顆量子衛(wèi)星，該衛(wèi)星于2017年將一個光子傳送到地球?，F(xiàn)在，該衛(wèi)星已經(jīng)成功完成了從軌道到中國興隆和奧地利格拉茨的地面站的量子秘鑰分配工作。2017年，中國還在北京和上海之間建立了第一個遠(yuǎn)程地面量子通信鏈路。這些科學(xué)成就代表著具有里程碑意義的重要舉措，可以確保中國政府的通信不被外國竊聽，至少在后量子密碼分析成為一項(xiàng)功能性實(shí)際應(yīng)用之前是如此。中國還計(jì)劃投資100億美元，在安徽合肥建立國家量子信息科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，用于領(lǐng)導(dǎo)和帶動全國量子計(jì)算和傳感技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

美國發(fā)展情況。在實(shí)現(xiàn)國防量子應(yīng)用的競賽中，美國是另一個引領(lǐng)者。自2016年以來，美國政府在量子研究方面投資超過2億美元，2018年美國能源部和國家科學(xué)基金會承諾通過2到5年的時(shí)間，投資2.5億美元支持量子傳感、計(jì)算和通信。在軍隊(duì)方面，美國陸軍研究辦公室為量子計(jì)算方面的廣泛研究提供資金，而美國空軍則將其視為信息和太空戰(zhàn)爭中具有革命性的高新技術(shù)。更為重要的是，如Google、IBM、Intel和Microsoft之類的私營部門公司，也已經(jīng)進(jìn)行了近十年的量子研究。在西方，他們和加拿大D—Wave系統(tǒng)公司一起引領(lǐng)著量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，這些計(jì)算機(jī)將可能會運(yùn)行在未來的量子技術(shù)支撐的軍事平臺中。

歐洲國家發(fā)展情況?？傮w而言，歐洲國家也在進(jìn)行大量投資，并取得了重大進(jìn)展。歐盟委員會的量子技術(shù)旗艦項(xiàng)目將是一項(xiàng)規(guī)模龐大的研究項(xiàng)目，在未來十年內(nèi)規(guī)模將達(dá)到10億歐元，合計(jì)11億美元，其重點(diǎn)是量子技術(shù)的通信、計(jì)算、模擬和傳感這四個主要領(lǐng)域。2013年，英國政府宣布為自己的國家量子技術(shù)項(xiàng)目投資4.22億美元，目的是“建立一個協(xié)調(diào)一致的政府、工業(yè)和學(xué)院的量子科技界”，2018年末量子技術(shù)成為英國議會調(diào)查的主題。法國總統(tǒng)馬克龍于2018年5月與澳大利亞時(shí)任***馬爾科姆·特恩布爾簽署了一份諒解備忘錄，內(nèi)容是兩國合資開發(fā)量子硅集成電路并將其商業(yè)化。2018年9月，德國宣布2018至2022年間為量子技術(shù)研究提供一筆新的資金，價(jià)值6.5億歐元，合計(jì)7.71億美元。

俄羅斯也在俄羅斯量子中心投資發(fā)展量子計(jì)算，但沒有投入像其他國家那么多的資金力量，仍落后于中國和美國，這可能與20世紀(jì)90年代以來俄羅斯科研能力的總體下降有關(guān)。但據(jù)報(bào)道，俄羅斯總統(tǒng)普京已將國家研發(fā)支出提高至俄羅斯國內(nèi)生產(chǎn)總值的1%，其中1870億盧布（合計(jì)30億美元）用于2018年的基礎(chǔ)科學(xué)研發(fā)工作。

三、量子優(yōu)勢

報(bào)告指出，“量子優(yōu)勢”是指量子計(jì)算機(jī)的執(zhí)行任務(wù)能力超過當(dāng)今最強(qiáng)大的傳統(tǒng)超級計(jì)算機(jī)。谷歌在2018年發(fā)布了其72位處理器，超過了IBM前一年的50位處理器記錄，并宣傳它的新型芯片可能在一年內(nèi)具備量子優(yōu)勢。然而，重要的不僅僅是量子比特的數(shù)量，還有一些其他因素也很重要，包括量子電路的“深度”，或是在錯誤擴(kuò)散影響到真實(shí)的計(jì)算能力之前，可以執(zhí)行多少邏輯運(yùn)算，這就是IBM研究人員所稱的“量子體積”。英特爾也認(rèn)為量子技術(shù)非常復(fù)雜，需要大量的時(shí)間來完善商業(yè)應(yīng)用程序。

量子技術(shù)具有明顯優(yōu)勢

報(bào)告進(jìn)一步深刻指出，同樣值得考慮的是對地緣政治而言，量子技術(shù)可能意味著什么。人們有理由關(guān)注，隨著量子技術(shù)的出現(xiàn)，將會加劇世界各國之間的數(shù)字鴻溝，加大安全差距。如量子密碼分析，理論上可能是一個偉大的均衡器，但在現(xiàn)實(shí)中可能只有富裕、先進(jìn)的國家才有能力經(jīng)營這項(xiàng)所需資產(chǎn)。如果少數(shù)幾個國家能夠通過量子密鑰分配或后量子加密算法，迫使其對手的通信對己實(shí)現(xiàn)透明，同時(shí)保護(hù)自己的通信安全，那么霸權(quán)主義關(guān)系可能會持續(xù)存在下去。同樣的情況也適用于大規(guī)模數(shù)據(jù)處理，能夠?yàn)榧夹g(shù)先進(jìn)的國家提供實(shí)時(shí)情報(bào)和運(yùn)行優(yōu)勢。這一潛在的新型安全困境，在2018年10月第四屆歐洲網(wǎng)絡(luò)安全論壇上被提出。與其相反，量子技術(shù)的發(fā)展和廣泛傳播也可能會隨著時(shí)間的推移，逐漸削弱一些大國的相對優(yōu)勢。如果每個國家政府都能確保其通信安全，以前所未有的規(guī)模和速度處理情報(bào)數(shù)據(jù)，并在空中或海底探測外國軍事資產(chǎn)，那么均衡效應(yīng)就會顯現(xiàn)。在現(xiàn)階段可以確定的是，技術(shù)上的量子優(yōu)勢是不可阻擋的，而且是近在咫尺的，量子技術(shù)的顛覆性影響很可能導(dǎo)致各國改變其防務(wù)姿態(tài)。