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为什么中国会成为量子计算的超级大国

2019-07-22     平面

量子竞赛开始了,随着技术的进步,各国对其量子计算技术更加保密,中国是最看重的,其正在投入数十亿资金发展量子计算技术。

为什么中国会成为量子计算的超级大国

量子强国梦

2016年8月,中国从戈壁沙漠的发射台向世界发射了第一颗量子卫星。墨子号在500公里的高空环绕地球,是一个强烈的信号:一个超级强国正在崛起。

量子计算具有巨大的潜力。量子计算机使用的是量子比特计算,它可以存在于多个叠加状态中,而不是1或0位。这意味着他们能够使用比传统计算机更少的能量来存储更多信息,并使它们非常适合普通机器无法完成的复杂计算,例如模拟某些化学反应,处理质数或破坏复杂的加密代码。

通过墨子号,中国研究人员正在尝试使用不同类型的量子技术来开发新形式的安全通信,这种方式将是牢不可破的。墨子号用于共享加密密钥,用于编码和解码安全通信。

通常,这些密钥很容易被拦截,但是墨子号使用处于量子叠加状态的光子,如果不改变它们定义的内容就不可能读取它们,因此你不能复制或拦截以这种方式发送的密钥。

2017年,科学家利用卫星在中国和奥地利科学家之间进行量子加密的视频通话。当墨子号推出时,该项目的首席研究员潘建伟总结了该项目的重要性。“我认为我们已经开始了全球量子太空竞赛,”他说。这是中国迫切想赢得的比赛。

开发量子技术的竞争非常激烈。包括中国和美国在内的国家以及世界上一些最大的公司和组织,包括:谷歌,美国宇航局,微软,洛克希德马丁和阿里巴巴。

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量子跃进

量子技术可以打破最强大的加密形式,并在计算能力方面大幅提升,可能带来巨大的政治和经济影响。该技术有可能轻易打破用于保护财务数据和军事机密的加密。历史上一直由欧洲和美国研究人员主导的量子领域中,中国赶超并遥遥领先。

中国将量子技术作为“大型重点项目”的焦点,并将目光投向量子通信和量子计算的技术的突破。据报道,它正投资100亿美元在合肥建立国家量子信息科学实验室。在过去五年中,中国在量子技术方面投入了大量资金,已经取得了领先。

在过去的几年中,中国公司提交的与量子计算有关的专利数量激增。根据Patinformatics的数据,2014年,在美国和中国提交的专利数量相似,但截至2017年,中国的申请量几乎是美国的两倍。

中国的量子野心与人工智能的投资相似,部分源于希望将国家定位为未来几十年的技术领导者。中国基本上错过了数字革命,在移动互联时代对技术的重视和积累,让中国已不想再次打盹。

潘建伟对此表示赞同。“通过现代信息科学,中国一直是学习者和追随者,”他说。“现在,有了量子技术,如果我们尽力而为,我们可以成为主要参与者之一。”潘建伟被自然科学杂志称为“量子之父”,是中国量子进步背后的两个关键人物之一技术。另一个是爱德华斯诺登。

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量子领域

2013年,斯诺登揭露了美国的棱角计划,给中国本土网络安全敲响了警钟!

这就是为什么中国最初的大部分技术发展都来自安全量子通信领域,通过墨子号等项目,以及山东省的地面量子网络。“在量子通信领域,我们领先于世界各国,”潘建伟说,斯诺登的警示给他的工作带来了新的动力和紧迫感。

在量子计算方面,情况有点混乱。构建量子计算机是一项非常困难和微妙的任务,因为最轻微的环境干扰可能会使量子比特偏离叠加状态,这使得它们对于绘制复杂的数据模型和分子结构非常有用。

量子计算机必须在严密的封闭环境下,并且大多数用于构建它们的技术需要保持接近绝对零度的温度。目前,最好的量子计算机,由谷歌,IBM和D-Wave等北美公司制造,由于量子比特错误率高达50%,尚未达到前100量子比特。

美国公司声称他们将在五到十年内拥有一台可运转的量子计算机,但中国估计更为保守。“我们必须解决这些根本性的问题,”潘建伟说。“对我来说,这将花费大约20或30年。”

腾讯,阿里巴巴和百度等中国公司也参加了量子竞赛,但起步有点晚。“几年前,很难说服中国的这些互联网公司投资这种研究,”潘建伟说。“但受谷歌和IBM或英特尔和微软的影响,所有中国互联网公司现在都拥有自己的量子技术项目。”

在原始数量的量子比特方面,中国的努力还不能与美国竞争对手的表现相媲美。然而,去年中国科学家确实创造了世界纪录,将量子纠缠中的18个量子位连接在一起,量子纠缠是量子计算机实际用于计算所需的互连状态。

这符合一般发展模式,没有真正的证据证明中国已经在生成量子比特的新方法上取得了突破,这是量子领域的基础,中国在过去四年中在专利方面的主导地位主要是在应用领域。

尽管中国在生成量子比特新方法方面落后,但在确定如何在量子计算机到来时如何实际使用量子计算机方面,中国正在取得进展。量子计算最有希望的应用是什么并不是很清楚,我们现在甚至无法想到量子计算真正有用的应用。对于个人电脑或笔记本电脑中使用量子芯片是很难实现的,但可以通过云访问位于中心位置的量子计算机。目前IBM已经提供了这样相关的服务。

中国的资本实力可以证明,量子计算的下一阶段才是关键。在中国创造量子环境方面,这一点很重要,牛津大学量子物理学教授阿图尔·埃克特提出了墨子号背后的关系:“发明一部电话还不够好,你必须拥有整个基础设施,整个金字塔,不仅仅是一群物理学家,还有量子工程师,计算机科学家,密码学家以及可以销售他们的人,需要把许多具有互补领域专业知识的人放在一个屋檐下。“

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量子危机

将量子计算和密码学的发展描绘成一场零和游戏,中国与美国争夺全球技术王冠,这很诱人,但其实不然。

中国在西方的技术基础上获得了突破,中国的研究人员一直在与奥地利的研究人员密切合作,共同开发墨子号及相关技术。但是,随着量子技术从学术界转移到应用界,态度发生了轻微转变。

网络安全专家处在对“量子计算”的恐惧之中,量子计算机可以打破大多数现代加密标准。如果任何一个国家率先开发出量子计算机,对其他国家的安全都会造成“量子危机”。

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分裂的量子领域

该领域正在分裂,不同的研究小组尝试各种方法,各国将资源投入到各种项目中。自2016年以来,当中国将量子计算放在其第13个五年计划的核心时,欧洲和美国已经进行了自己的投资。

中国专注于建立一个多卫星量子网络,并创建一个量子模拟器来解决科学问题。欧盟正在向其量子技术旗舰计划投入10亿欧元,并为20个新项目提供了资金。在美国,一个团队一直致力于立法,为量子研究和开发注入12.5亿美元,大型科技公司专注于推高量子比特数并降低量子计算机的错误率。英国处于量子算法的最前沿。

真正令人兴奋的是中国投资于量子计算的原因是这将成为下一个革命性的技术,显然会有很多颠覆性的技术,而中国正在投资这个潜力。中国的投资肯定使其处于强势地位,但目前尚不清楚哪种方法可行,以及它们可能导致什么,重大突破可能来自合肥100亿美元的量子中心,或来自其他地方的相对较小的投资。

中国可以起带头作用,但要成为真正的革命性技术,需要全球努力。不可能由一个国家开发完成,中国可以参加比赛,但需要各国互相交流和合作。

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