從算盤到計(jì)算機(jī),是人類計(jì)算方式的一次大飛躍。而具有強(qiáng)大運(yùn)算能力的量子計(jì)算機(jī)一旦出現(xiàn),現(xiàn)有的電腦就相當(dāng)于是個(gè)算盤。

量子保密通信是唯一被嚴(yán)格證明無(wú)條件安全的通信方式。有了它,傳統(tǒng)意義上的“黑客”將失去用武之地。借助量子技術(shù)強(qiáng)大的運(yùn)算能力,還能改造醫(yī)療等傳統(tǒng)行業(yè)。

世界首顆量子衛(wèi)星即將發(fā)射、世界首條量子保密通信“京滬干線”即將建成、科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室捕獲制造量子計(jì)算機(jī)的“候選粒子”……我國(guó)量子研究領(lǐng)域近期突破頻頻,受到廣泛關(guān)注。

科技迅速發(fā)展,“量子信息技術(shù)”這一高冷艱澀的概念也逐漸摘下神秘面紗。量子信息技術(shù)究竟是什么?這場(chǎng)“量子革命”能為我們帶來(lái)什么?

量子信息技術(shù)是什么?

一臺(tái)64位量子計(jì)算機(jī)的速度將是目前世界上最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)的545萬(wàn)億倍。

“量子”是一個(gè)物理量的最小單位,光子、電子都是量子的一種。在“量子”所描述的微觀世界中,有許多神奇的特性。

在傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)中,每個(gè)電子元件只能表示“1”或“0”、即“開”或“關(guān)”兩種狀態(tài)；而量子則可以同時(shí)表示多種狀態(tài),這就意味著很少的量子比特就能實(shí)現(xiàn)大量經(jīng)典比特才能完成的計(jì)算。

“如果一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)的單次運(yùn)算速度達(dá)到目前民用電腦CPU的級(jí)別,那么一臺(tái)64位量子計(jì)算機(jī)的速度將是目前世界上最快的‘天河二號(hào)’超級(jí)計(jì)算機(jī)(每秒33.86千萬(wàn)億次)的545萬(wàn)億倍!”中科院量子信息與量子科技前沿卓越創(chuàng)新中心成員張文卓說(shuō)。

“從算盤到計(jì)算機(jī),是人類計(jì)算方式的一次大飛躍,量子計(jì)算機(jī)一旦出現(xiàn),現(xiàn)有的電腦就相當(dāng)于是個(gè)算盤?！敝袊?guó)科學(xué)院院士、量子信息學(xué)專家郭光燦這樣評(píng)價(jià)量子計(jì)算機(jī)的能量。

利用光子傳遞的量子密碼則能保證信息傳輸?shù)摹盁o(wú)條件安全”。光子非常脆弱,一經(jīng)測(cè)量就遭破壞,因此,只要通信雙方利用光子的這一特點(diǎn)生成密碼,就有了一種“魔力”,只要第三個(gè)人“看”一眼就會(huì)消失。

“量子信息技術(shù)在提高運(yùn)算速度和確保信息安全等方面都能突破現(xiàn)有信息技術(shù)的瓶頸?！睆埼淖空f(shuō),量子信息技術(shù)被認(rèn)為將引領(lǐng)下一次信息革命。

將帶來(lái)什么改變?

量子保密通信可以從根本上解決信息安全問(wèn)題,利用量子計(jì)算機(jī)能快速鎖定犯罪分子。

“量子其實(shí)并不神秘,也不高深?！敝袊?guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陳宇翱說(shuō),對(duì)量子的研究,在過(guò)去的一百年已經(jīng)成為現(xiàn)代科技的支柱,發(fā)展出了諸如激光、核磁共振、高溫超導(dǎo)、巨磁阻等科技進(jìn)展,可以想象,也可以相信量子研究在未來(lái)會(huì)給我們帶來(lái)更多的進(jìn)展。

研究人員認(rèn)為,借助于量子的諸多神奇特性,量子信息技術(shù)未來(lái)將給人們的生活帶來(lái)巨大改變:

——“絕對(duì)安全”的通信方式和“只有你知我知”的密碼保護(hù)。迄今為止,量子保密通信是唯一被嚴(yán)格證明無(wú)條件安全的通信方式,可以從根本上解決國(guó)防、金融、政府、商業(yè)等領(lǐng)域的信息安全問(wèn)題,并將使互聯(lián)網(wǎng)變得更加安全,例如用戶的搜索、支付等私密信息將無(wú)法被拷貝竊取。

“未來(lái)不用再擔(dān)心需要保密的信息在傳輸過(guò)程中被竊取和破譯,‘竊聽風(fēng)云’的故事將從此進(jìn)入故紙堆中,傳統(tǒng)意義上的‘黑客’也將失去用武之地?！睆埼淖空f(shuō)。

——借助強(qiáng)大的運(yùn)算能力改造傳統(tǒng)行業(yè)。量子計(jì)算機(jī)能夠大規(guī)模、多線程處理數(shù)據(jù),所建立的數(shù)據(jù)模型精度將有指數(shù)級(jí)的提升。

“比如可以把某種病毒體內(nèi)的各種成分分析得清清楚楚,可以制造針對(duì)性很強(qiáng)的藥物,還可以在大量數(shù)據(jù)中分析篩選出特定性,比如通過(guò)罪犯身上的某個(gè)特點(diǎn),利用量子計(jì)算機(jī)很快就能鎖定目標(biāo),不用在茫茫人海中篩選和搜尋?！惫鉅N說(shuō)。

產(chǎn)業(yè)化還有多遠(yuǎn)?

我國(guó)在量子通信研究和光量子計(jì)算方面都處于世界領(lǐng)先地位,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了“彎道超車”。

絕對(duì)安全的秘信,“秒殺”超級(jí)計(jì)算機(jī)的計(jì)算“神器”……這些美好愿景什么時(shí)候能夠成為現(xiàn)實(shí)?事實(shí)上,在這一次的量子科技革命中,我國(guó)在量子通信研究和光量子計(jì)算方面都處于世界領(lǐng)先地位,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了“彎道超車”。在不少投資機(jī)構(gòu)和業(yè)內(nèi)人士眼中,這一高新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化雖然才剛起步,卻代表了數(shù)據(jù)傳輸速度與安全的未來(lái)。

“不可否認(rèn)的是,量子通信技術(shù)的未來(lái)市場(chǎng)空間巨大。”科大國(guó)盾量子技術(shù)股份有限公司總裁趙勇認(rèn)為,未來(lái)五到十年內(nèi),實(shí)用化量子保密通信技術(shù)有望走向大規(guī)模應(yīng)用,同時(shí)帶動(dòng)元器件等上下產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。

由我國(guó)科學(xué)家自主研發(fā)的世界首顆“量子衛(wèi)星”也發(fā)射在即,將與地面上的光學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行“互動(dòng)”。結(jié)合將于今年開通的通信保密干線“京滬干線”,我國(guó)將有望初步構(gòu)建廣域量子通信體系。

相較量子通信領(lǐng)域“熱火朝天”的景象,量子計(jì)算機(jī)多項(xiàng)研究仍處于實(shí)驗(yàn)室階段。研究人員表示,目前面臨的最大難題是,科學(xué)家還沒(méi)有找到足夠抗干擾的系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)用性的量子計(jì)算機(jī)。即便如此,谷歌、IBM等多家高科技企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)都在持續(xù)投入研發(fā)經(jīng)費(fèi)和研發(fā)力量,力爭(zhēng)在量子信息技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用上占據(jù)先機(jī)。

去年,中科院與阿里巴巴共同開展了量子計(jì)算研究,開創(chuàng)了我國(guó)民營(yíng)企業(yè)在戰(zhàn)略性高科技領(lǐng)域大規(guī)模研發(fā)投入的先河?！斑@就如同上世紀(jì)五六十年代以貝爾實(shí)驗(yàn)室為首的科研機(jī)構(gòu)長(zhǎng)期大規(guī)模投入,才使得我們今天能用到便利廉價(jià)的信息技術(shù)?！睆埼淖空f(shuō),量子信息技術(shù)值得今日大力投入,其研究任重而道遠(yuǎn)。（朱涵）