特別報導 / 第681期 20210401

中共搶推國產「量子電腦」欲爭奪世界霸權

by 何眾力

2019年10月23日，谷歌總裁皮查伊宣布成功研發出Pichai與量子電腦。（HO / Google / AFP）

2021年2月8日，中共推出了所謂首個國產量子電腦操作系統「本源司南」，此前三個月，中共宣布成功研製量子電腦「九章」，成為全世界第二個實現「量子優越性」的國家。

量子電腦能令以往的加密系統失靈，中共在這領域的發展令人擔憂。

文：何眾力

中共政治局委員學習量子技術

量子電腦是全球科技的前沿和熱點，目前全球範圍內可供使用的量子電腦只有大約50臺。

首先實現「量子霸權」（Quantum Supremacy）也叫「量子優越性」的是美國。2019年10月23日，谷歌宣布成功的研發出量子電腦，用53個量子位在200秒中實現了目前最快的超級計算機Summit需要花1萬年才能完成的運算量。處理速度是最快的超級計算機的15.7億倍。

當時，時任總統特朗普的女兒伊萬卡（Ivanka Trump）發Twitter表示，美國實現了「量子霸權」，引發了全球關注。

中共也不甘示弱。一年後的2020年12月4日，中國科學院推出量子計算原型機「九章」，聲稱在處理「高斯玻璃取樣」這一單項任務中的速度，比谷歌推出的53個量子位的量子電腦快100億倍。

美國加州大學教授馬天尼斯（John Martinis）對中共的宣稱這一說法表示了質疑，臺灣的「微系統暨奈米科技協會」也指出，「九章」所使用到的「玻色子取樣機」（Boson sampling）並不同於量子位電腦，雖能提供通往高速量子計算的捷徑，但該取樣機僅執行一種固定任務。也就是說，中國所用的玻色子取樣，只是一種替代方案，並不是通用的量子計算。

令外界驚奇的是，據新浪網報導，2020年10月16日，中共中央政治局就量子科技和應用進行了第24次集體學習，會上習近平強調：「量子科技發展具有重大科學意義和戰略價值，是一項對傳統技術體系產生衝擊、進行重構的重大顛覆性技術創新。」

中共想以量子科技為突破口，培育量子通信戰略新興產業，在國際上搶占「制高點」，為的是發展新的霸權優勢。

計算機好比單一樂器量子電腦如交響樂團

量子不是分子、原子那樣的實體微粒，而是代表「相當數量的某物質」，在物理學中常指一個不可分割的基本個體，如「光的量子」是光的單位，從而產生出了量子力學、量子光學等研究領域。

量子電腦（Quantum computer）是一種使用量子邏輯進行通用計算的設備。1969年最早提出量子電腦是「基於量子力學的計算設備」，人們最初的出發點是想突破通用計算機的計算極限，1982年理查德．費曼提出利用量子體系實現通用計算的想法。

傳統電腦的半導體靠控制積體電路來記錄及運算信息，量子電腦則希望控制原子或小分子的狀態，記錄和運算信息。普通計算機是基於二進制0和1位（bit）來儲存信息。但量子電腦最基本的運算單元是量子位（Qubit）。量子電腦雖然也是使用0跟1，但量子電腦的的0與1可以同時計算。

如果把半導體比喻成單一樂器，量子電腦就像交響樂團，一次運算可以處理多種不同狀況，因此，一個40位的量子電腦，就能在很短時間內解開1024位電腦花上數十年解決的問題。

如果把半導體比喻成單一樂器，量子電腦就像交響樂團，一次運算可以處理多種不同狀況。圖為谷歌所研發的Sycamore（梧桐樹）量子電腦芯片。（HO / Google / AFP）

儘管媒體都高調渲染量子電腦的速度比普通電腦快了數億倍，但專家指出，其實這要看用來解決什麼問題。如果這個問題已經有提出速算的量子演算法，只是困於傳統電腦無法執行，那量子電腦確實能達到前所未有的高速，若是沒有發明演算法的問題，則量子電腦表現與傳統無異甚至更差。

量子還具有糾纏特性（Quantum Entanglement），也就是說兩個糾纏在一起的粒子，它們之間好像存在著一種神祕的「心靈感應」，即使一個在地球上，另一個跑去火星上，只要測量其中一個量子的狀態，就可以馬上知道另一個的狀態。這種特性非常適合與使用在通信領域。當今，美國、歐洲、中國、俄羅斯都在致力於量子通訊網的研發。

不過，目前人類發明的量子電腦還都處於實驗開發狀態，還不能實際應用，比如它們能算得很快，但是能不能算對，還是另一回事。由於有量子糾纏特性的存在，細微的干擾都會破壞運算，令結果出錯。

這就要求把量子電腦置於與外界完全隔絕的情況下，當前都是在接近絕對零度的低溫環境中操作。

希伯來大學的數學家吉爾．卡萊（Gil Kalai）曾表示，由於受到量子力學基本原理的限制，現有的主流技術永遠無法讓量子電腦成功的進入實際應用。

悉尼大學的微軟量子實驗室負責人大衛．雷利（David Reilly）對「量子電腦」評價道：「這是一場馬拉松，我們在這場馬拉松裡剛剛跑了10分鐘。」

2012年9月20日，澳洲工程師在悉尼新南威爾士大學的國家製造工廠製造量子器件。（HO / Australian National Fabrication / AFP）

量子霸權能顛覆密碼學加速人工智能

由於量子計算具有驚人的運算速度，有能力破解現有的數據加密系統，比如谷歌研發的53個量子位的電子計算機可以在幾秒鐘內破解任何53位的密碼，就連用256位加密保護的虛擬加密貨幣——比特幣，也可能在很短時間內破解密碼。這導致在谷歌宣稱實現量子霸權後，比特幣單日暴跌了15％。

量子計算具有驚人的運算速度，有能力破解現有的數據加密系統，就連用256位加密保護的虛擬加密貨幣——比特幣，也可能在很短時間內破解密碼。（Ozan Kose / AFP）

《財富》雜誌曾報導稱，谷歌量子電腦的量子位數量將至少以每兩年翻一番的速度發展，在2022年將以超過400個量子位的計算破解速度擊潰所有的加密貨幣。

陸媒新浪曾引述中金公司在量子計算的一系列研究結論時說，量子計算有望顛覆密碼學和互聯網、加速人工智能的發展。人工智能涉及大量數據的處理，而量子電腦利用量子疊加原理（Quantum Superposition），可以處理的數據量比經典計算機大很多。

同時，量子計算也有助於人工智能的一個重要分之——機器學習的深入發展。機器學習（Machine Learning）是通過從歷史資料和經驗中學習並找到規則，最終達到人工智能。四五年前，打敗頂尖職業棋士李世乭的AlphaGo就是很典型的例子。AlphaGo是一款人工智能軟件，通過「機器學習」，AlphaGo僅僅用了兩年的時間，就從業餘棋士的水平到世界第一，打敗了所有人類的對手。如果量子計算發展成熟並得以應用，機器學習的速度會得到極大的加快。

在軍事運用方面，「量子科技」也勢必會改變戰場。在這方面，中共也早已開始了布局。比如，2016年中共發射了人類歷史上首顆量子衛星「墨子號」；2017年中共又宣布開通了世界首條量子保密的通訊網路「京滬幹線」，連結北京、濟南、合肥和上海等重要城市，並且由北京與「墨子號」衛星實現互聯。

中華民國海軍官網上曾刊登李佩蓉少校和何應賢上校的文章〈中共量子科技發展與軍事運用〉。文章指出，量子科技發展會使得軍事武器裝備進化，「未來無人化、空海一體、水下量子通訊將不再只是夢想」。