作者：賈珍珍 石海明（國防科技大學(xué)）

制作：光明網(wǎng)軍事科技前沿

出品：科普中國

　　倘若我們要追溯風(fēng)靡全球的信息化戰(zhàn)爭之科技源頭的話，無疑是1946年世界第一臺計(jì)算機(jī)“ENIAC”誕生所開啟的電子信息科技革命。然而，這一曾徹底顛覆機(jī)械化戰(zhàn)爭圖景的電子信息科技，在遵循“摩爾定律”飛速前行了數(shù)十年之后，制約其進(jìn)一步發(fā)展的系列問題日漸凸顯：電子計(jì)算機(jī)的極限運(yùn)算速度是否存在？越來越一體化的電子信息網(wǎng)絡(luò)如何應(yīng)對“網(wǎng)電空間戰(zhàn)”？等等。對此，近年來不斷突破的量子信息科技正在開啟新的機(jī)遇之門，勢必在未來重新涂抹戰(zhàn)神的面孔。

　　量子計(jì)算。曾創(chuàng)作出《侏羅紀(jì)公園》和《失去的世界》等作品的著名科幻作家邁克爾·克萊頓，在科幻小說《時間線》中曾嘗試用文學(xué)的筆調(diào)來想象量子計(jì)算的神奇。其中，一家名為國際技術(shù)公司的經(jīng)理們?nèi)绱送其N其眼中的高新科技：“普通的計(jì)算機(jī)用電子的兩種狀態(tài)計(jì)算，這兩種狀態(tài)被定為0和1。但在20年前，理查德·費(fèi)曼就提出，有可能利用電子所有的32個量子態(tài)來進(jìn)行快速計(jì)算。現(xiàn)在有諸多實(shí)驗(yàn)室正在試圖制造這樣的計(jì)算機(jī)。它們的優(yōu)點(diǎn)是難以想象的、強(qiáng)大的并行計(jì)算能力。”

　　作為科幻作品，克萊頓的小說中充斥著“量子多宇宙”“量子泡沫蟲洞”“量子運(yùn)輸”“量子糾纏態(tài)”等令人既感新奇又感陌生的詞匯，書中之“電子的32個量子態(tài)”說法也并不科學(xué)。然而，克萊頓預(yù)言的量子“并行計(jì)算”的強(qiáng)大潛力和美好前景，如今卻正在現(xiàn)實(shí)世界一步步得到印證。

美國可編程通用量子計(jì)算機(jī)

美國可編程通用量子計(jì)算機(jī)

　　從理論上講，一個250量子比特（由250個原子構(gòu)成）的存儲器，可能存儲的數(shù)達(dá)2的250次方，比現(xiàn)有已知的宇宙中全部原子數(shù)目還要多。無論在基礎(chǔ)理論還是在具體算法上，量子計(jì)算都是超越性的。因此，對量子計(jì)算的相關(guān)研究及量子計(jì)算機(jī)的具體研制已成為世界科學(xué)領(lǐng)域最閃亮的“明珠”之一。比如，美國國防部對此就給予了高度重視，國防高級研究計(jì)劃署（DARPA）專門制定了名為“量子信息科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃”的研究計(jì)劃，其對外公開宣稱的目標(biāo)是，若干年內(nèi)要在核磁共振量子計(jì)算、中性原子量子計(jì)算、諧振量子電子動態(tài)計(jì)算、光量子計(jì)算、離子阱量子計(jì)算及固態(tài)量子計(jì)算等領(lǐng)域取得重大研究進(jìn)展。

　　量子密碼。目前的密碼大都采用單項(xiàng)數(shù)學(xué)函數(shù)的方式，應(yīng)用了因數(shù)分解或其它復(fù)雜的數(shù)學(xué)原理。例如，在目前互聯(lián)網(wǎng)上比較常用的RSA密碼算法，就是應(yīng)用因數(shù)分解的原理。因?yàn)橐?jì)算兩個大質(zhì)數(shù)的乘積很容易，但要將乘積分解回質(zhì)數(shù)卻極為困難，這就使得密碼很難被破解。然而，美國科學(xué)家皮特·休爾卻提出了“量子算法”，它利用量子計(jì)算的并行性，可以快速分解出大數(shù)的質(zhì)因子，這意味著以大數(shù)因式分解算法為根基的密碼體系在量子計(jì)算機(jī)面前不堪一擊。

　　差不多同時，另一個著名的量子算法——“量子搜尋算法”也被提出，用該方法攻擊現(xiàn)有密碼體系，經(jīng)典計(jì)算需要1000年的運(yùn)算量，量子計(jì)算機(jī)只需小于4分鐘的時間，從而使傳統(tǒng)密碼領(lǐng)域遭遇前所未有的挑戰(zhàn)，以致有科學(xué)家宣稱：“其意義不亞于核武器……一旦有些國家擁有了量子計(jì)算機(jī)，而另一些國家卻沒有，當(dāng)戰(zhàn)爭爆發(fā)的時候，這就猶如一個瞎子和一個睜眼的人在打架一樣，對方可以把你的東西看得清清楚楚，而你卻什么都看不到。”

量子密碼

量子密碼

　　當(dāng)然，量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)雖然會對傳統(tǒng)密碼產(chǎn)生顛覆，但是量子信息同時也提供了一個守護(hù)神，即一種理論上無法破解的密碼——量子密碼。由于采用量子態(tài)作為密鑰，具有不可復(fù)制性，因而無破譯的可能，量子密碼的出現(xiàn)也因此被視為“絕對安全”的回歸。

　　量子通信。這個世界上真的存在“超時空隧道”嗎？對此，科學(xué)家給出的答案是，伴隨著量子信息科技的持續(xù)發(fā)展，未來這一幻想不是沒有實(shí)現(xiàn)的可能。當(dāng)然，這一說法今天看來依然不無夸張，但其所謂的與“量子糾纏”密切關(guān)聯(lián)的“量子態(tài)隱形傳輸”則正在變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

　　所謂量子糾纏，是指在微觀世界里，有共同來源的兩個微觀粒子之間存在著糾纏關(guān)系，不管它們距離多遠(yuǎn)，只要一個粒子狀態(tài)發(fā)生變化，就能立即使另一個粒子狀態(tài)發(fā)生相應(yīng)變化。量子通信正是利用量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型通信方式。此種通信技術(shù)若能得以實(shí)現(xiàn)，其影響將是劃時代的。

　　在時空方面，由于量子通信屬于超光速通信，不僅是“最快的通信”，而且有穿越大氣層的可能，從而為基于衛(wèi)星量子中繼的全球化通信網(wǎng)奠定了可靠基礎(chǔ)。日前，德國物理學(xué)家就正在利用量子糾纏效應(yīng)打造量子互聯(lián)網(wǎng)，其研究人員稱：“我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了第一個量子網(wǎng)絡(luò)原型，在節(jié)點(diǎn)之間完成了量子信息的可逆交換。此外，還可以在兩個節(jié)點(diǎn)之間產(chǎn)生遠(yuǎn)程糾纏，并保持約100微秒……未來人們通過它不僅可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離的量子信息溝通，而且還將使大型量子互聯(lián)網(wǎng)完全實(shí)現(xiàn)成為可能。”

量子通信衛(wèi)星

量子通信衛(wèi)星

　　顯然，這一量子通信技術(shù)在軍事應(yīng)用方面有著無與倫比的廣闊前景，量子隱形通信系統(tǒng)將建立在各類作戰(zhàn)指揮控制體系之間和各種偵察預(yù)警系統(tǒng)、主要作戰(zhàn)平臺以及量子微空間武器系統(tǒng)之中，構(gòu)建出量子信息化戰(zhàn)場的通信網(wǎng)絡(luò)，以其超大信道容量、超高通信速率等特性，在未來的信息化戰(zhàn)爭中扮演無可替代的角色。

軍事應(yīng)用前景廣闊的量子信息技術(shù)

圖文簡介

倘若我們要追溯風(fēng)靡全球的信息化戰(zhàn)爭之科技源頭的話，無疑是1946年世界第一臺計(jì)算機(jī)“ENIAC”誕生所開啟的電子信息科技革命。然而，這一曾徹底顛覆機(jī)械化戰(zhàn)爭圖景的電子信息科技，在遵循“摩爾定律”飛速前行了數(shù)十年之后，制約其進(jìn)一步發(fā)展的系列問題日漸凸顯。