軍事應用前景廣闊的量子信息技術
作者：賈珍珍 石海明（國防科技大學）
製作：光明網軍事科技前沿
出品：科普中國
倘若我們要追溯風靡全球的信息化戰爭之科技源頭的話，無疑是1946年世界第一台計算機「ENIAC」誕生所開啟的電子信息科技革命。然而，這一曾徹底顛覆機械化戰爭圖景的電子信息科技，在遵循「摩爾定律」飛速前行了數十年之後，制約其進一步發展的系列問題日漸凸顯：電子計算機的極限運算速度是否存在？越來越一體化的電子信息網路如何應對「網電空間戰」？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遇之門，勢必在未來重新塗抹戰神的面孔。
量子計算。曾創作出《侏羅紀公園》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》中曾嘗試用文學的筆調來想像量子計算的神奇。其中，一家名為國際技術公司的經理們如此推銷其眼中的高新科技：「普通的計算機用電子的兩種狀態計算，這兩種狀態被定為0和1。但在20年前，理查德·費曼就提出，有可能利用電子所有的32個量子態來進行快速計算。現在有諸多實驗室正在試圖製造這樣的計算機。它們的優點是難以想像的、強大的並行計算能力。」
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」「量子運輸」「量子糾纏態」等令人既感新奇又感陌生的辭彙，書中之「電子的32個量子態」說法也並不科學。然而，克萊頓預言的量子「並行計算」的強大潛力和美好前景，如今卻正在現實世界一步步得到印證。
美國可編程通用量子計算機
從理論上講，一個250量子比特（由250個原子構成）的存儲器，可能存儲的數達2的250次方，比現有已知的宇宙中全部原子數目還要多。無論在基礎理論還是在具體演算法上，量子計算都是超越性的。因此，對量子計算的相關研究及量子計算機的具體研製已成為世界科學領域最閃亮的「明珠」之一。比如，美國國防部對此就給予了高度重視，國防高級研究計劃署（DARPA）專門制定了名為「量子信息科學和技術發展規劃」的研究計劃，其對外公開宣稱的目標是，若干年內要在核磁共振量子計算、中性原子量子計算、諧振量子電子動態計算、光量子計算、離子阱量子計算及固態量子計算等領域取得重大研究進展。
量子密碼。目前的密碼大都採用單項數學函數的方式，應用了因數分解或其它複雜的數學原理。例如，在目前互聯網上比較常用的RSA密碼演算法，就是應用因數分解的原理。因為要計算兩個大質數的乘積很容易，但要將乘積分解回質數卻極為困難，這就使得密碼很難被破解。然而，美國科學家皮特·休爾卻提出了「量子演算法」，它利用量子計算的並行性，可以快速分解出大數的質因子，這意味著以大數因式分解演算法為根基的密碼體系在量子計算機面前不堪一擊。
差不多同時，另一個著名的量子演算法——「量子搜尋演算法」也被提出，用該方法攻擊現有密碼體系，經典計算需要1000年的運算量，量子計算機只需小於4分鐘的時間，從而使傳統密碼領域遭遇前所未有的挑戰，以致有科學家宣稱：「其意義不亞於核武器……一旦有些國家擁有了量子計算機，而另一些國家卻沒有，當戰爭爆發的時候，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，而你卻什麼都看不到。」
量子密碼
當然，量子計算機的出現雖然會對傳統密碼產生顛覆，但是量子信息同時也提供了一個守護神，即一種理論上無法破解的密碼——量子密碼。由於採用量子態作為密鑰，具有不可複製性，因而無破譯的可能，量子密碼的出現也因此被視為「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，科學家給出的答案是，伴隨著量子信息科技的持續發展，未來這一幻想不是沒有實現的可能。當然，這一說法今天看來依然不無誇張，但其所謂的與「量子糾纏」密切關聯的「量子態隱形傳輸」則正在變為現實。
所謂量子糾纏，是指在微觀世界裡，有共同來源的兩個微觀粒子之間存在著糾纏關係，不管它們距離多遠，只要一個粒子狀態發生變化，就能立即使另一個粒子狀態發生相應變化。量子通信正是利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型通信方式。此種通信技術若能得以實現，其影響將是劃時代的。
在時空方面，由於量子通信屬於超光速通信，不僅是「最快的通信」，而且有穿越大氣層的可能，從而為基於衛星量子中繼的全球化通信網奠定了可靠基礎。日前，德國物理學家就正在利用量子糾纏效應打造量子互聯網，其研究人員稱：「我們已經實現了第一個量子網路原型，在節點之間完成了量子信息的可逆交換。此外，還可以在兩個節點之間產生遠程糾纏，並保持約100微秒……未來人們通過它不僅可以進行遠距離的量子信息溝通，而且還將使大型量子互聯網完全實現成為可能。」
量子通信衛星
顯然，這一量子通信技術在軍事應用方面有著無與倫比的廣闊前景，量子隱形通信系統將建立在各類作戰指揮控制體系之間和各種偵察預警系統、主要作戰平台以及量子微空間武器系統之中，構建出量子信息化戰場的通信網路，以其超大信道容量、超高通信速率等特性，在未來的信息化戰爭中扮演無可替代的角色。
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