科研人员在中科院量子信息和量子科技创新研究院上海实验室内调整操作台上的激光干扰器。方喆 摄

计算速度加快2.4万倍

量子计算机具有超快的并行计算和模拟能力，计算能力随可操纵的粒子数呈指数增长。曾有人打过一个比方：如果现在传统计算机的速度是自行车，量子计算机的速度就如同飞机。例如，使用亿亿次的“天河二号”超级计算机求解一个亿亿亿变量的方程组，所需时间为100年，而使用一台万亿次的量子计算机求解同一个方程组，仅需0.01秒。

因为计算能力的革命性突破，如同蒸汽机之于工业文明，量子计算机将成为未来科技的引擎。实验测试表明，该原型机的取样速度不仅比国际同行类似的实验加快至少2.4万倍，同时，通过和经典算法比较，也比人类历史上第一台电子管计算机和第一台晶体管计算机运行速度快10到100倍。“这是第一台超越早期经典计算机ENIAC的基于单光子的量子模拟机，为最终实现超越经典计算能力的量子计算奠定了基础。”陆朝阳指出。

占据“量子称霸”先机

“量子计算基础研究领域有几个大家共同努力的指标性节点：第一，展示超越首台电子计算机的计算能力；第二，展示超越商用CPU的计算能力；第三，展示超越超级计算机的计算能力。我们实现的只是其中的第一步，一小步，但是是重要的一步。”潘建伟介绍说。

超越经典计算能力的量子计算被国际学术界称为“量子称霸”，战略意义重大。目前IBM、谷歌、微软和中国的研究小组都致力于量子计算机的研发，中国已经领先一步为这一目标奠定了坚实的技术基础。据悉，研究团队正在致力于20个超导量子比特样品的设计、制备和测试，于今年年底前发布量子云计算平台；计划5年之后实现50个量子比特的相干操纵，计算潜力将超越超级计算机“太湖之光”；用15年左右时间，构建天地一体的有量子通信安全保障的未来互联网，即量子互联网。届时，量子计算将在公共安全、交通运输、气象监测等各个领域极大改变我们的生活。

领跑量子科研应用

“他们使得中国科学技术大学，因而也是整个中国，牢牢地在量子计算的世界地图上占据了一席之地。”英国《新科学家》杂志评价潘建伟团队时说。中国量子科研和应用异军突起，已经成为世界量子科研领域的领先国家之一。

除了量子计算方面的“弯道超车”，在量子通信领域，中国已达到世界顶尖水平，领先欧美国家。我国量子保密通信技术已经从实验室演示走向产业化和实用化，正朝着高速率、远距离、网络化的方向快速发展。世界第一条量子通信保密干线——全长2000余公里的“京沪干线”已于去年全线贯通，目前正在进行最后测试，可为沿线城市间的政府、金融机构等提供高速、高安全等级的信息传输保障。去年8月发射的中科院量子科学实验卫星“墨子号”，将实现高速星地量子秘钥分发、星地量子纠缠分发和千公里级的空地量子隐形传输。“目前，已建立起星地信道，为后期实验打下基础，以便最后形成天地一体的量子通信网络。”潘建伟说。

延伸阅读

量子技术：当之无愧的未来战争“颠覆者”

随着量子信息技术越来越广泛地应用于军事领域，掌握了量子技术的军队，可在战争爆发时巧用技术代差“致盲”对手，达到出奇制胜的战略目的。今天出版的《解放军报》刊文指出，作为人类未来的“最强大脑”，量子信息技术，将在信息计算、密码安全、高速通信、生物医学、气象模拟和智能传感等领域发挥重要作用，或将扮演未来战争“颠覆者”角色。

国防科技大学自主创新团队技术人员在观察物理现象。冯凯旋 摄

1月18日，世界上第一颗空间量子科学实验卫星墨子号完成在轨测试任务，正式交付用户单位使用。不久前，英国萨塞克斯大学声称设计了一份大型量子计算机的技术蓝图……作为人类未来的“最强大脑”，量子学科不同于人们熟知的经典物理学，以量子力学为理论基础发展而来的量子信息技术，将在信息计算、密码安全、高速通信、生物医学、气象模拟和智能传感等领域发挥重要作用。

　　电子计算迎来“新浪潮”

自1946年世界上第一台计算机诞生以来，人类战争形态迅速实现了由机械化战争向信息化战争转变。但随着电子信息技术的进一步发展，摩尔定律提出的“每18个月计算能力翻倍”将在未来20年之内达到极限，电子计算的瓶颈愈发凸显。为避免电子计算发展能力“枯竭”，世界各军事大国都相继开展新一代计算技术的探索工作，其中最为耀眼的“明珠”当属量子计算。

量子计算的存储能力惊人，一枚由250个原子构成的量子存储器，可存储的数据量将达到2的250次方，其数量比宇宙中已知的全部原子数目还要多。最新一代量子计算机可以使用1000个量子比特位，相当于是“1000进制”的计算机。

美国国防部高级研究计划局专门制定了“量子信息科学和技术发展规划”和研发量子芯片的“微型曼哈顿”计划，加速推进量子信息技术的实际应用。此外，法、德、日、瑞典等国军队也相继制定并实施了一系列发展量子信息技术的计划。我国科学家在世界上首次实现的对光晶格中超冷原子自旋比特纠缠态的操纵，向基于超冷原子的可扩展量子计算迈出了重要一步。

　　量子加密解密“有绝招”

密码是确保信息安全的重要手段，更是各国政府和军队信息对抗的焦点。现代密码学使用的加密算法，通过密钥来改变和伪装信息数据并进行还原。然而，传统加密算法都是可以破解的，即使是再复杂的密钥也可以利用高速计算机找到答案。这种加密算法已成为高悬在信息安全上方的“达摩克利斯之剑”，时刻威胁着国防、金融等领域安全。

理论上，使用量子密钥加密的通信系统不可能出现盗听现象，因为量子通信提供了一种不可截获和破译的绝对安全新型密码体制。量子保密通信利用量子叠加原理，将量子的多个分身作为安全通信的密钥，一旦该密钥被窃听或测量，量子的其他分身态会随即消失。窃听者的存在会引入额外误码，信息发送方和接收方都可以迅速测量到这一变化，从而中断该次密钥传输，有效抵抗针对密码系统的截取重发攻击，具有极高的密码安全性。

量子计算不仅可以确保自身通信安全，更可用来轻松破解现有密码体系。计算机技术的快速发展，使得密码破译的难度逐渐降低，尤其是利用了并行性原理的量子计算，可快速破译以因式分解算法为基础的密码体系。据估算，采用了“量子搜寻算法”的量子计算机，破解密码时间仅仅只有不到4分钟，而电子计算机则需要1000年。

驶入战场信息“高速路”

作为量子计算又一重要应用领域，量子通信是将量子比特用作信息传输载体的新型通信技术，具有信息存储容量大、安全性高、传输速度快等突出特点。可充分满足未来一体化联合作战需求，实现各战场空间和军兵种高效互联互通，将在战场安全密钥、数据加密、信息隐藏和身份认证等领域得到广泛应用。

与传统通信技术相比，量子通信与传播介质无关，可在诸如深海等特殊环境下实现远距离通信。更为重要的是，量子通信信道容量大、通信速率高、隐态传输安全性好，可充分满足战场条件下对保密通信的迫切需求，将直接驶入战场信息“高速路”。

当前，军用量子通信系统已经初现端倪。通过与地面的光纤量子通信网络协同工作，多颗组网量子通信卫星将构建空间广域量子保密通信网络。未来，量子通信技术将构建跨区域范围甚至是全球范围的量子通信网络系统，并具有极高的通信安全保障。

　　构建智能作战“大舞台”

随着世界新军事革命的蓬勃发展，军事物联网和各类信息终端将成为信息化军队作战和指挥神经中枢。同时，战场侦察、指挥协同、目标预警、装备操控和后勤保障都离不开战场智能系统的有效支持。由量子纠缠和叠加特性发展而来的量子雷达、量子传感等全新技术，将有助于实现全天候、反隐身和抗干扰作战，构建起未来智能作战“大舞台”。

在微观世界中，有共同来源的两个微粒之间也存在着相互纠缠的关系。利用量子纠缠理论，量子雷达可将量子信息调制到雷达信号中，灵敏度远高于传统雷达，是未来战场洞察各类隐形目标的“顺风耳”。利用量子光场实现高分辨率成像的量子成像技术，可在没有目标的光路上得到探测目标的图像，在战场上具有巨大的应用前景。作为感知战场环境的新型“听诊器”，量子信号对环境变化具有极高的敏感性，利用该技术发展的量子传感为提高测量精度提供了新的应用方案。

此外，由于量子技术强大的计算能力，将在战场人工智能、军事网络大数据、战场气象预报和智能作战装备学习中发挥重要作用，是当之无愧的未来战争“颠覆者”。可以说，只有正确面对量子技术带来的机遇与挑战，牢牢抓住下一代战争的变革主因素，才能在未来战争中占据先机和主动。

来源：综合凤凰网 中国军网