PDF《量子计算 ：未来战争 “颠覆者 ”》

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7 年2月24日星期五 E-mail:jfjblrj@163.

com 责任编辑/ 陆荣军 科技前沿

11 量子计算:未来战争 颠覆者 张文张乃千 苏传宸

1 月18 日, 世界上第一颗空间量 子科学实验卫星墨子号完成在轨测试 任务, 正式交付用户单位使用. 不久 前, 英国萨塞克斯大学声称设计了一 份大型量子计算机的技术蓝图……作 为人类未来的 最强大脑 ,量子学科不 同于人们熟知的经典物理学,以量子力 学为理论基础发展而来的量子信息技 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1946 年世界上第一台计算机诞 生以来, 人类战争形态迅速实现了由 机械化战争向信息化战争转变. 但随 着电子信息技术的进一步发展, 摩尔 定律提出的 每

18 个月计算能力翻倍 将在未来

20 年之内达到极限, 电 子计算的瓶颈愈发凸显. 为避免电子 计算发展能力 枯竭 , 世界各军事大 国都相继开展新一代计算技术的探索 工作, 其中最为耀眼的 明珠 当属 量子计算. 量子计算的存储能力惊人,一枚由

250 个原子构成的量子存储器, 可存储 的数据量将达到

2 的250 次方,其数量 比宇宙中已知的全部原子数目还要多. 最新一代量子计算机可以使用

1000 个 量子比特位,相当于是

1000 进制 的计 算机. 美国国防部高级研究计划局专门 制定了 量子信息科学和技术发展规 划 和研发量子芯片的 微型曼哈顿 计划, 加速推进量子信息技术的实际应 用. 此外,法、德、日、瑞典等国军队也相 继制定并实施了一系列发展量子信息 技术的计划. 我国科学家在世界上首次 实现的对光晶格中超冷原子自旋比特 纠缠态的操纵,向基于超冷原子的可扩 展量子计算迈出了重要一步. 量子加密解密 有绝招 密码是确保信息安全的重要手段, 更是各国政府和军队信息对抗的焦点. 现代密码学使用的加密算法, 通过密 钥来改变和伪装信息数据并进行还原. 然而, 传统加密算法都是可以破解的, 即使是再复杂的密钥也可以利用高速 计算机找到答案. 这种加密算法已成 为高悬在信息安全上方的 达摩克利 斯之剑 , 时刻威胁着国防、 金融等领 域安全. 理论上, 使用量子密钥加密的通 信系统不可能出现盗听现象, 因为量 子通信提供了一种不可截获和破译的 绝对安全新型密码体制.量子保密通信 利用量子叠加原理,将量子的多个分身 作为安全通信的密钥,一旦该密钥被窃 听或测量,量子的其他分身态会随即消 失. 窃听者的存在会引入额外误码,信 息发送方和接收方都可以迅速测量到 这一变化, 从而中断该次密钥传输,有 效抵抗针对密码系统的截取重发攻击, 具有极高的密码安全性. 量子计算不仅可以确保自身通信 安全, 更可用来轻松破解现有密码体 系. 计算机技术的快速发展, 使得密 码破译的难度逐渐降低, 尤其是利用 了并行性原理的量子计算, 可快速破 译以因式分解算法为基础的密码体系.据估算,采用了 量子搜寻算法 的量子计算机, 破解密码时间仅 仅只有不到

4 分钟, 而电子计算机则 需要

1000 年. 驶入战场信息 高速路 作为量子计算又一重要应用领域, 量子通信是将量子比特用作信息传输 载体的新型通信技术, 具有信息存储 容量大、 安全性高、 传输速度快等突 出特点. 可充分满足未来一体化联合 作战需求, 实现各战场空间和军兵种 高效互联互通,将在战场安全密钥、数据加密、 信息隐藏和身份认证等领 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,可在诸如深海等特殊环 境下实现远距离通信. 更为重要的是, 量子通信信道容量大、 通信速率高、隐 态传输安全性好,可充分满足战场条件 下对保密通信的迫切需求,将直接驶入 战场信息 高速路 . 当前,军用量子通信系统已经初现 端倪. 通过与地面的光纤量子通信网络 协同工作,多颗组网量子通信卫星将构 建空间广域量子保密通信网络. 未来, 量子通信技术将构建跨区域范围甚至 是全球范围的量子通信网络系统,并具 有极高的通信安全保障. 构建智能作战 大舞台 随着世界新军事革命的蓬勃发展, 军事物联网和各类信息终端将成为信 息化军队作战和指挥神经中枢. 同时, 战场侦察、 指挥协同、 目标预警、 装 备操控和后勤保障都离不开战场智能 系统的有效支持. 由量子纠缠和叠加 特性发展而来的量子雷达、 量子传感 等全新技术,将有助于实现全天候、反隐身和抗干扰作战, 构建起未来智 能作战 大舞台 . 在微观世界中, 有共同来源的两 个微粒之间也存在着相互纠缠的关系. 利用量子纠缠理论, 量子雷达可 将量子信息调制到雷达信号中, 灵敏 度远高于传统雷达, 是未来战场洞察 各类隐形目标的 顺 风耳 . 利用量子光场实现高分辨率成像的量子成像 技术, 可在没有目标的光路上得到探 测目标的图像, 在战场上具有巨大的 应用前景. 作为感知战场环境的新型 听诊器 , 量子信号对环境变化具有 极高的敏感性, 利用该技术发展的量 子传感为提高测量精度提供了新的应 用方案. 此外,由于量子技术强大的计算能 力,将在战场人工智能、军事网络大数 据、战场气象预报和智能作战装备学习 中发挥重要作用,是当之无愧的未来战 争 颠覆者 . 可以说,只有正确面对量 子技术带来的机遇与挑战,牢牢抓住下 一代战争的变革主因素,才能在未来战 争中占据先机和主动. 以科学的诗意展现宇宙的壮美 林颐作为美国普林斯顿大学、哈佛大学、 麻省理工学院第一位女性理论物理学终 身教授,2007 年还曾被《时代周刊》评为