2019年2月15日，英國(guó)國(guó)際戰(zhàn)略研究所發(fā)布《軍事平衡2019》研究報(bào)告。本文簡(jiǎn)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(guó)防領(lǐng)域的主要應(yīng)用、世界主要國(guó)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(shì)，認(rèn)為量子技術(shù)將對(duì)各國(guó)的國(guó)防建設(shè)發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

報(bào)告指出，對(duì)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(cè)。雖然對(duì)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(wú)疑問(wèn)的是，當(dāng)量子技術(shù)被大規(guī)模使用時(shí)，將會(huì)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(tái)擁有幾千位比特的量子計(jì)算機(jī)，那肯定會(huì)像第一臺(tái)微處理器那樣改變整個(gè)世界。”與此同時(shí)，雖然量子技術(shù)最終將會(huì)對(duì)軍事力量、情報(bào)部門(mén)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(guó)家之間或國(guó)家與非國(guó)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(guó)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(duì)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(wú)法對(duì)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(jiàn)的量子加密形式是在安全通信會(huì)話啟動(dòng)期間，使用光子的量子“疊加”效應(yīng)來(lái)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(cè)量到，也就是直到它們表現(xiàn)出特定的極化狀態(tài)。基于截?。ɑ颉`聽(tīng)’）量子比特的過(guò)程會(huì)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(tīng)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(guò)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(wú)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(duì)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(duì)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(guó)軍事級(jí)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(guò)蠻力方法（即基于所有可能解決方案的“試錯(cuò)”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(cuò)的方法來(lái)處理這些復(fù)雜的數(shù)學(xué)問(wèn)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(guó)家已經(jīng)開(kāi)始收集加密的國(guó)外通信，期望將來(lái)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(guò)廣播或攔截通信的方式進(jìn)行解密，從而對(duì)國(guó)際關(guān)系產(chǎn)生重大影響。對(duì)于那些廣泛依賴加密以確保軍事行動(dòng)、外交信函或其他敏感數(shù)據(jù)安全的國(guó)家來(lái)說(shuō)，這可能是一個(gè)分水嶺事件。

量子傳感測(cè)量。報(bào)告指出，2018年9月美國(guó)發(fā)表了“國(guó)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(cè)量的基本準(zhǔn)確度和/或?yàn)?a target="_blank">傳感器和測(cè)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(shì)。英國(guó)國(guó)防科學(xué)專(zhuān)家委員會(huì)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(cè)水下運(yùn)動(dòng)的物體，如潛艇?！崩昧孔蛹夹g(shù)測(cè)量磁場(chǎng)微小變化的超導(dǎo)磁強(qiáng)計(jì)也可以用來(lái)定位敵方潛艇，而量子雷達(dá)還可以用來(lái)探測(cè)低空偵察飛機(jī)。英國(guó)國(guó)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(huì)開(kāi)啟新的軍事顛覆性技術(shù)，例如新型通信或雷達(dá)模式?！绷孔蛹夹g(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(jiàn)未來(lái)還會(huì)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(lái)可能會(huì)帶來(lái)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(lái)能夠解決一些目前計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的問(wèn)題，但對(duì)于解決當(dāng)前計(jì)算機(jī)所擅長(zhǎng)的問(wèn)題而言，這種技術(shù)也很可能是相對(duì)無(wú)效的，或者只是稍微好一點(diǎn)。

二、國(guó)家計(jì)劃

報(bào)告指出，一些國(guó)家正大力投資于量子研究，以獲得經(jīng)濟(jì)和軍事優(yōu)勢(shì)。量子計(jì)算的軍地兩用性質(zhì)，意味著一些私營(yíng)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(guó)下議院的科學(xué)技術(shù)委員會(huì)的報(bào)告中，英國(guó)物理研究所就宣稱(chēng)：“英國(guó)需要通過(guò)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(shì)，將其強(qiáng)大的研究基礎(chǔ)轉(zhuǎn)化為商業(yè)產(chǎn)品”。在這場(chǎng)新型技術(shù)競(jìng)賽中，一個(gè)民族國(guó)家可以在多大程度上調(diào)動(dòng)資源，優(yōu)先發(fā)展軍事應(yīng)用，將會(huì)顯示出決定性優(yōu)勢(shì)。

中國(guó)發(fā)展情況。中國(guó)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(gè)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(guó)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(guó)還在北京和上海之間建立了第一個(gè)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(guó)政府的通信不被外國(guó)竊聽(tīng)，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(guó)還計(jì)劃投資100億美元，在安徽合肥建立國(guó)家量子信息科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，用于領(lǐng)導(dǎo)和帶動(dòng)全國(guó)量子計(jì)算和傳感技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

美國(guó)發(fā)展情況。在實(shí)現(xiàn)國(guó)防量子應(yīng)用的競(jìng)賽中，美國(guó)是另一個(gè)引領(lǐng)者。自2016年以來(lái)，美國(guó)政府在量子研究方面投資超過(guò)2億美元，2018年美國(guó)能源部和國(guó)家科學(xué)基金會(huì)承諾通過(guò)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(guó)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(guó)空軍則將其視為信息和太空戰(zhàn)爭(zhēng)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(lèi)的私營(yíng)部門(mén)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(huì)運(yùn)行在未來(lái)的量子技術(shù)支撐的軍事平臺(tái)中。

歐洲國(guó)家發(fā)展情況?？傮w而言，歐洲國(guó)家也在進(jìn)行大量投資，并取得了重大進(jìn)展。歐盟委員會(huì)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(lái)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(gè)主要領(lǐng)域。2013年，英國(guó)政府宣布為自己的國(guó)家量子技術(shù)項(xiàng)目投資4.22億美元，目的是“建立一個(gè)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(guó)議會(huì)調(diào)查的主題。法國(guó)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(guó)合資開(kāi)發(fā)量子硅集成電路并將其商業(yè)化。2018年9月，德國(guó)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(méi)有投入像其他國(guó)家那么多的資金力量，仍落后于中國(guó)和美國(guó)，這可能與20世紀(jì)90年代以來(lái)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(guó)家研發(fā)支出提高至俄羅斯國(guó)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(shì)

報(bào)告指出，“量子優(yōu)勢(shì)”是指量子計(jì)算機(jī)的執(zhí)行任務(wù)能力超過(guò)當(dāng)今最強(qiáng)大的傳統(tǒng)超級(jí)計(jì)算機(jī)。谷歌在2018年發(fā)布了其72位處理器，超過(guò)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(shì)。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(cuò)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(chēng)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(lái)完善商業(yè)應(yīng)用程序。

量子技術(shù)具有明顯優(yōu)勢(shì)

報(bào)告進(jìn)一步深刻指出，同樣值得考慮的是對(duì)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(huì)加劇世界各國(guó)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(gè)偉大的均衡器，但在現(xiàn)實(shí)中可能只有富裕、先進(jìn)的國(guó)家才有能力經(jīng)營(yíng)這項(xiàng)所需資產(chǎn)。如果少數(shù)幾個(gè)國(guó)家能夠通過(guò)量子密鑰分配或后量子加密算法，迫使其對(duì)手的通信對(duì)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(huì)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(guó)家提供實(shí)時(shí)情報(bào)和運(yùn)行優(yōu)勢(shì)。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(huì)隨著時(shí)間的推移，逐漸削弱一些大國(guó)的相對(duì)優(yōu)勢(shì)。如果每個(gè)國(guó)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(cè)外國(guó)軍事資產(chǎn)，那么均衡效應(yīng)就會(huì)顯現(xiàn)。在現(xiàn)階段可以確定的是，技術(shù)上的量子優(yōu)勢(shì)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(guó)改變其防務(wù)姿態(tài)。