日前，美国防务一号网站发文称，中国的突破使量子技术更接近实用。尽管这个新领域的现实还有困难，但美国对于中国“量子霸权”仍有焦虑和担忧。
近年来，中国在量子技术方面的突破性发展，的确让美国在一些科技领域出现了战略担忧。因此，美国国家安全局分析了美国国家安全系统在应用量子密码方面存在的技术障碍，并采取“抗量子算法”加以应对。
一对纠缠的量子粒子或远距离相互作用的事件的概念图。 维克多·德·施万伯格
一、中国在量子计算的竞争中可能处于领先地位
量子通信一个关键方面的十倍飞跃，只是中国研究团队最近取得的几项突破之一，这些突破对计算和通信的未来具有重大影响。
从技术层面来看，量子通信系统使用量子比特传递信息：在被观察之前存在于两种状态的粒子。如果敌人观察到这些量子位——即截获一条消息——他们就会失去这种“叠加”的特性。但是预期的接收者可以解释这些信息，因为他们正在发送一种叫做量子密钥的东西。可是，无法发送足够多的这些密钥一直是追求实用量子通信的瓶颈。
然而，中国科技大学的一个中国科学家团队报告了一项突破：稳定量子密钥分发的速度提高了十倍。由中国科学技术大学潘建伟领导的团队，成功地将每秒115.8兆字节的加密数据通过10公里长的光纤通道传输，打破了之前约10 Mb/s的记录十倍以上。这一突破使系统能够处理更多的数据、更大的文件和更多的用户。
不过，量子系统的另一个挑战是，距离或频宽的任何增加，都会带来大量的误差和退相干。这是量子比特微妙叠加的结果，它经常引入不可接受的错误率和计算瓶颈。然而，由深圳量子科学与工程研究所的于大鹏以及来自清华大学和福州大学的研究人员领导的另一个中国团队，也在这个问题上取得了进展。3月，该团队宣布的量子系统中实时纠错的新系统。他们的方法纠正了额外量子位增加的潜在误差，提高了信息存储的稳定性，并且需要更少的资源，允许量子系统实现资源强度的净正。
2021 年 9 月 18 日，在中国合肥举行的 2021 年量子产业大会上，与会者正在观看量子计算原型模型。 新华社来自 GETTY IMAGES / HAN XU
二、中国对量子技术的投资正在获取回报
这些突破和成就，源于中国对量子计算研究的重视。根据 Global Quantum Intelligence估计，中国政府可能已经在该领域投入了至少250亿美元。根据兰德公司2022年的一份报告，量子实验室投入了大量资金：2017年为10.6亿美元，到2022年再增加29.5亿美元。中国政府还资助了私营企业。量子通信突破团队负责人潘建伟于 2009 年创立了量子技术公司 QuantumCtek。2020 年，该公司获得国有中国电信的资助，在中国 15 个省份建立量子加密通信线路。
早在去年4月，美媒体就披露，中国可能已经在实用量子计算的竞赛中领先，尤其是对中国打破了解决复杂问题的记录进行对比渲染。
相比之下，美国在量子技术领域的投入略显不足。数据显示，美国政府根据一项新的国家战略，2018年投入12亿美元用于量子计算研究。2021年，参议院通过了一项法案，在国家科学基金会设立技术与创新局，并在2022年至2026年期间增加290亿美元用于量子计算和人工智能研究。
据报道称，2019 年，谷歌报告称，其 53 量子位 Sycamore 处理器在 3.3 分钟内完成了传统超级计算机至少需要 2.5 天才能完成的任务 。而去年10月，中国的 66 量子位Zuchongzhi 2量子处理器完成相同任务的速度，却提高了100 万倍。该处理器由中国科学院量子信息与量子物理卓越创新中心的一组研究人员与上海技术物理研究所和上海微系统与信息技术研究所共同 开发。
去年9月，潘建伟表示，“在龙头企业的积极参与和政府的引导下，一个涵盖设备、网络、安全和标准的产业链量子通信在中国基本形成。”
10月，中国的一份报告显示其基于光的Jiuzhang2处理器可以在1毫秒内完成一项传统计算机需要30万亿年才能完成的任务。这一突破标志着量子处理器的最高速度，其量子位是基于光的，而不是超导的。
这些突破是北京更广泛地推动量子技术研发的结果。量子计算机能够在几毫秒内解决传统计算机需要数万亿年才能解决的复杂计算，它将毫不费力地破解大多数当前的加密，将机器学习和人工智能推向新的水平，实现复杂的模拟和预测，以及广泛领域的科学研发从化学到合成生物学。
中国在量子技术方面的这些投资，现在正在获得回报。除上述成果外，中国还在超冷和光基量子处理器方面取得了巨大突破。
在浙江省杭州市举行的一次计算会议上，参观者在 QuantumCTek Co Ltd 的展台上查看量子相关技术。[龙伟摄/中国日报]
三、美国采取遏制措施以摆脱战略焦虑
实际上，中国的突破已超越量子通信。在量子计算领域中国不仅投入大，而且启动早。美媒披露，中国人民解放军对这些领域的兴趣以及中国科学技术大学的量子工作可以追溯到 2012 年，当时该大学与中国人民解放军国防科技大学就量子计算研究签署了战略合作协议。该大学还与为 PLA 空军生产平台的中国国有大型企业集团 AVIC 签订了合作协议，并与耶鲁大学、剑桥大学和其他国际组织签订了合作协议。
中国在量子技术方面的突破显然又引起美国的焦虑和恐慌。尽管对中国“量子霸权”担忧，但这个新领域面临的现实和困难又让美国的恐慌和担忧有所缓解。对此，美国国家安全局分析认为，在美国国家安全系统中应用量子密码学存在五大技术障碍：
虽然量子密码学确实可以防止窃听，但没有办法对安全信息的发送者进行身份验证。
量子通信需要专用设备，这些设备无法集成到现有的基础设施中，也无法升级或修补。
加密信息的可信任性意味着内部威胁对恶意行为者来说将变得更有价值。
精密量子位和量子通信设备对误差的容忍度极低。
误差的敏感性使得对量子通信系统的拒绝服务攻击比对传统通信网络的攻击更有效。
但为了争夺竞争优势，美国采取“抗量子算法”等系列措施，对中国实施遏制和打压。
● 造谣污蔑和无端指控。“指控”中国的这些进步得益于对美国的窃取工作。还有“证据”表明，中国政府窃取加密的美国政府和商业数据，并将其储存起来，以防量子计算机破坏当今的加密。
● 列入黑名单予以打压遏制。美国商务部早就将7家超级计算实体列入黑名单，因为它们与中国军方有关联，所以成为限制对象。
● 扩大自身优势。尽管中国的研究人员、公司和机构现在在量子技术方面拥有的专利比美国多，但美国公司在量子计算的特定领域则拥有更多的专利，因此美国欲扩大这些优势来遏制中国。据报道，IBM在去年11月生产了一台127量子位的超导量子计算机，打算再推出一台400量子位处理器，并计划在2023年生产一台1000量子位处理机。
然而，美媒体认为，尽管量子计算、密码学和通信的新时代可能会带来一些重大变化，但中国离完全实现其目标还有很长的路要走。尽管如此，中国科学家最近的一系列突破既代表了重大成就，也进一步表明，通往量子时代的道路很可能直通中国。
四、简析
近年来，中国在量子技术领域的突破引起世界各国的高度关注，这对于当惯了世界老大的美国来说却难以容忍。
美国认为，中国的这些突破是北京更广泛地推动“量子技术霸权”的结果，以及他们承诺的许多国家安全应用，甚至超越了通信行业的至高目标——揭示任何黑客企图。
能够解决复杂问题的量子计算机，以毫秒为单位的计算需要传统计算机数万亿年才能解决，它将毫不费力地破解大多数当前的加密技术，将机器学习和人工智能推向新的水平，实现复杂的模拟和预测。
渲染“中国威胁”和指控中国“窃取”商业机密是美国的惯用手法。对于中国在这一领域的突破和进步，美国不去审视自身的问题，而是毫无根据地指控中国“窃密”，为其遏制中国大造舆论和寻求证据及理由。
美国采用多种方式对中国的量子技术领域实施遏制和打压。然而，中国的量子技术的应用却走在了世界的前列。事实上，无论美国是遏制还是打压都无法阻止中国发展进步的步伐，这一趋势势不可挡。
由此看来，量子计算在广泛领域具有巨大战略潜力，鉴于此这种竞争也将会变得更加激烈。
作者：徐秉君（华语智库高级研究员、新华社瞭望智库军事观察员）
