2020年12月25日

 

中國最近稱已在量子科技領域取得一項重大突破，其“九章”電腦實現了全球算力領先，計算速度比美國谷歌的量子電腦快100億倍。 量子計算被認為是最具顛覆性的前沿技術之一，其潛在的實際應用包括徹底顛覆無處不在的現有密碼體系，令網路密碼形同虛設。目前國際量子電腦界專家正在對中國相關論文的資料進行評價審查，並對中國的電腦是否比谷歌的更快表示質疑。

中國在本月初宣佈已成功打造出世界上最快、算力最強的量子電腦。中國科學技術大學宣佈該校潘建偉等人在《科學》雜誌上發表的論文說，他們構建的量子計算原型機“九章”，在求解數學演算法高斯玻色取樣時只需200秒，而目前世界最快的超級電腦要用6億年，比美國谷歌的同類電腦快100億倍。 中國官方媒體稱這是中國“里程碑式突破”。

量子學是人類歷史上最偉大的科學革命之一，該學科所催生的第一次產業子革命帶來了原子能、半導體等等一系列重大技術的發明，從根本上改變了人類的生活方式。

 

美國德克薩斯大學奧斯丁分校電腦學教授、首先提出高斯玻色取樣理論的斯科特·亞倫森（Scott Aaronson）說，中國團隊的研究成果，是證明量子計算超越傳統方法的又一重大突破。 亞倫森教授是中國這篇論文的審稿人之一。他說，即使一些仍對該論文持有疑問的人也對中國科學家的這一成功感到欽佩。

 

破解現有密碼體系

這位美國著名的理論電腦專家說，量子電腦雖然可以被應用於很多領域，但對普通人來說目前最引人矚目的應用之一是量子電腦可以被用來破解現行的網路加密體系。

他說：“人們每次在亞馬遜買東西的時候都會在網路上輸入信用卡號碼， 而他們依賴RSA 或者迪菲－赫爾曼這類的公開金鑰密碼體制來保障網路購物的安全性。而如果你能造出一台量子電腦，你就可以破解我們當今互聯網所使用的所有加密。只要沒有別人知道，對先有這樣的電腦的人來說是件好事。當然，這也讓軍方和情報機構對量子計算頗感興趣。”

阿倫森教授說，目前的網路安全性都是由基於計算複雜性的加密技術來保證的，但在可以輕易計算龐大資料的量子電腦面前現行體系就會失守。

 

美國麻省理工學院的數學家彼得·秀爾（Peter Shor）在1994年，首先證明瞭量子計算速度遠勝傳統電腦，為破解加密演算法奠定了理論基礎。秀爾在今年10月底接受《自然》雜誌採訪時說，量子電腦威脅到網路加密只是一個時間問題。

目前這樣的量子電腦雖然還遠遠尚未出現，但是考慮到網路加密資訊現在就可以被截獲和存儲、將來再破譯的安全風險，中國資訊協會量子資訊分會本月15日發佈了中國第一份量子安全白皮書，強調應對未來量子電腦威脅、在後量子密碼時代發展“抗量子密碼”的重要性。

 

“九章”速度遭質疑

谷歌去年9月曾在量子電腦先驅、加州大學教授約翰·馬蒂尼斯教授（John Martinis）的領導下推出了一台能夠遠遠超越世界上最強大的超級電腦算力的量子電腦，在世界上首先實現了“量子優越性”，被認為是一項里程碑式的進展。 對一個傳統電腦來說幾乎不可能完成的數學計算，馬蒂尼斯團隊名為“懸鈴木”的只用了200秒便給出了完美的答案。 即使是當時世界最強大的超級電腦“頂峰（ Summit）”要執行同一計算也需要大約一萬年的時間。

谷歌公司首席執行官桑德爾·皮查伊（Sundar Pichai）當時曾將這一突破與萊特兄弟發明飛機相提並論，稱這是一個“世界，你好！”的時刻。

馬蒂尼斯教授表示，中國團隊構建出了這一十分複雜的電腦，是一次“漂亮的”的實驗。 但是，對以中國古代算數專著命名的“九章”比谷歌的“懸鈴木”快百億倍的說法，馬蒂尼斯教授對美國之音說，他對此表示懷疑。

 

他說：“現在其他人正在對此進行認真思考，我們不知道這一論斷是否真的正確。 我想說的是，這是一個典型的科學問題，聽上去你也許可以作出某一論斷，但是你必須十分謹慎地對這台電腦進行分析，看這個結論是否真正正確。“

馬蒂尼斯教授說，谷歌的電腦對錯誤十分敏感，不允許任何一個錯誤發生，所以這是一個很有力的證據，表明他們的電腦的複雜性是正確的。而中國的電腦，即使有錯誤，似乎仍然可以有信號出現。

馬蒂尼斯教授表示，目前量子電腦界的很多同行正在對中國的“九章”進行進一步討論，這一最新的量子優勢的論證工作尚無定論。他說，“九章”的另一個明顯劣勢在於它不是一個“可程式設計”意義上的電腦。

 

美中量子博弈

就在中國科學家在《科學》雜誌上發表論文宣佈已成功打造出“九章”的同一天，由美國能源部費米實驗室等研究機構組成的一個小組也宣佈，美國科學家首次實現了持續的遠距離量子傳送。 這篇發表在《物理評論（Physical Review）》雜誌上的論文指出，這項研究成果可能為 "可行的量子互聯網"奠定基礎，可以 “改變資料存儲和計算等多個領域”。

量子科技是美中兩國近年來競爭最為激烈的領域之一。 中國近年來在所有設計科技領域的一系列重要決策中多次提及量子科技。 中國領導人習近平還曾在今年10月召集政治局舉行所謂的集體學習，“深刻認識推進量子科技發展重大意義， 加強量子科技發展戰略謀劃和系統佈局”。

美國在2018年底通過《國家量子計畫法案》，將量子資訊科學列為國家重點戰略發展目標，向量子研究注入12億美元，落實量子計畫專案。美國能源部和白宮科學技術政策辦公室還在今年8月宣佈成立國家量子計畫諮詢委員會，其成員構成包括了行業、大學、聯邦實驗室和其他聯邦政府機構的代表，推動量子研究和創新。

 

美國網路安全專家、前微軟首席安全架構師的羅傑·格裡姆斯說 西方社會應迅速清醒地意識到量子技術的潛力，包括量子電腦可以破解傳統的公匙密碼體系，目前90%的網路、包括網路銀行都是建立在這一體系之上的。

他說：“誰將建造出強大到足以破解傳統公匙加密體系的量子電腦，這無疑是美中、也許還有俄羅斯等之間最為激烈的競爭之一。“

格裡姆斯說，當這樣的量子電腦出現的那一天將是令世界認識到量子電腦之強大的那一刻。而人們很可能在一兩年之內就會聽到這方面取得重大進展的消息。