2019年2月15日，英國國際戰(zhàn)略研究所發(fā)布《軍事平衡2019》研究報告。本文簡單介紹其中“量子計算與防御”相關章節(jié)內(nèi)容。這一部分內(nèi)容主要闡述了量子技術在國防領域的主要應用、世界主要國家的發(fā)展情況，以及量子技術在計算機領域尤其是地緣政治方面所具有的作用優(yōu)勢，認為量子技術將對各國的國防建設發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。

報告指出，對量子技術進行整合是目前軍隊最為期望的發(fā)展之一，但其確切影響還難以預測。雖然對量子技術的經(jīng)濟應用和廣泛使用還需要數(shù)年時間，但毫無疑問的是，當量子技術被大規(guī)模使用時，將會產(chǎn)生一定的顛覆性影響。2018年5月，英特爾科技公司的量子計算主管就曾表示：“如果10年后我們有一臺擁有幾千位比特的量子計算機，那肯定會像第一臺微處理器那樣改變整個世界?！迸c此同時，雖然量子技術最終將會對軍事力量、情報部門和執(zhí)法機構產(chǎn)生深遠影響，但尚不清楚它將在多大程度上改變國家之間或國家與非國家行為體之間的傳統(tǒng)性權力平衡。

一、潛在的軍事應用

報告指出，在量子信息科學領域，與國防相關的新型應用正在產(chǎn)生，這些應用通常以“量子”單一命名的方式組合在一起，但這些應用值得進行獨立思考。量子密鑰分配、量子密碼分析和量子傳感都有望以不同的方式對戰(zhàn)略安全產(chǎn)生重要影響。例如，量子密鑰分配為防御者提供了有利條件，以確保他們的通信安全，而量子密碼分析則是一種固有的攻擊能力，盡管這種能力正在以較慢的速度發(fā)展成熟。廣義量子計算還將提供許多其他的可能性，但在此階段還很不確定，無法對它們的二階效應進行一致分析。

量子秘鑰分配。報告指出，最常見的量子加密形式是在安全通信會話啟動期間，使用光子的量子“疊加”效應來傳輸密鑰，根據(jù)海森堡的不確定原理，光子的精確狀態(tài)是不確定的，直到它們被孤立并測量到，也就是直到它們表現(xiàn)出特定的極化狀態(tài)?；诮厝。ɑ颉`聽’）量子比特的過程會不可逆轉(zhuǎn)地改變它，這就使量子秘鑰分配為人們提供了一種能夠掌握通信是否被攔截或竊聽的有價值的方法手段。量子秘鑰分配技術適用于現(xiàn)有的加密通信系統(tǒng)，但直到過去幾年時間里，它一直面臨著遠距離應用方面的挑戰(zhàn)，因此在有限的環(huán)境之外該技術手段尚無法應用。

量子秘鑰分配技術具有巨大潛力

量子密碼分析。報告中指出，量子密碼分析是指量子計算對編碼信息進行解密的具體應用。目前的加密標準主要依賴于對數(shù)據(jù)進行編碼的數(shù)學算法，這些算法在任何合理的時間內(nèi)都是能夠被有效破解的。例如，美國軍事級的、先進的256位加密標準，如果使用現(xiàn)代計算機通過蠻力方法（即基于所有可能解決方案的“試錯”方法），理論上需要數(shù)十億年的時間才能破解。然而，量子計算機最終將能夠代替這種依序試錯的方法來處理這些復雜的數(shù)學問題，從而實現(xiàn)同時考慮多種可能的替代方法。量子密碼分析的前景是如此誘人，以至于一些國家已經(jīng)開始收集加密的國外通信，期望將來能夠從這些數(shù)據(jù)中提取出有價值的秘密。當量子密碼分析確實可用時，它將通過廣播或攔截通信的方式進行解密，從而對國際關系產(chǎn)生重大影響。對于那些廣泛依賴加密以確保軍事行動、外交信函或其他敏感數(shù)據(jù)安全的國家來說，這可能是一個分水嶺事件。

量子傳感測量。報告指出，2018年9月美國發(fā)表了“國家量子信息科學戰(zhàn)略概覽”，其中將量子傳感定義為“利用量子力學提高測量的基本準確度和/或為傳感器和測量提供新的機制或模式”。這種新的能力將具有明顯的軍事優(yōu)勢。英國國防科學專家委員會就強調(diào)：“改進重力傳感器（量子重力計）的潛在重要性，在于它可以探測水下運動的物體，如潛艇。”利用量子技術測量磁場微小變化的超導磁強計也可以用來定位敵方潛艇，而量子雷達還可以用來探測低空偵察飛機。英國國防科學和技術實驗室也講到：“量子傳感技術預計將會開啟新的軍事顛覆性技術，例如新型通信或雷達模式。”量子技術已經(jīng)成為原子鐘小型化相關發(fā)展的一部分，并在定位、導航、計時等方面發(fā)揮作用。

量子通信技術前景廣闊

報告進一步指出，盡管目前量子計算技術還處于研發(fā)階段，尚不能預見未來還會有哪些發(fā)明，或者是友好力量或?qū)κ謱⑷绾卫盟鼈?，但量子計算將來可能會帶來一些其他顛覆性應用。然而，量子計算并不能完全取代基?a target="_blank">晶體管和硅制微芯片的經(jīng)典計算方法。相反，量子計算最好被考慮為一種替代的、互補的，甚至是增效技術，將來能夠解決一些目前計算機無法解決的問題，但對于解決當前計算機所擅長的問題而言，這種技術也很可能是相對無效的，或者只是稍微好一點。

二、國家計劃

報告指出，一些國家正大力投資于量子研究，以獲得經(jīng)濟和軍事優(yōu)勢。量子計算的軍地兩用性質(zhì)，意味著一些私營公司和大學也將在這些新技術的發(fā)明和改造中發(fā)揮關鍵作用。在2018年3月提交給英國下議院的科學技術委員會的報告中，英國物理研究所就宣稱：“英國需要通過深化學術界和工業(yè)界之間的聯(lián)系，利用相關產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，將其強大的研究基礎轉(zhuǎn)化為商業(yè)產(chǎn)品”。在這場新型技術競賽中，一個民族國家可以在多大程度上調(diào)動資源，優(yōu)先發(fā)展軍事應用，將會顯示出決定性優(yōu)勢。

中國發(fā)展情況。中國是量子研究和發(fā)展的早期引領者，2016年北京發(fā)出了一項聲明，努力在2030年前實現(xiàn)量子技術的重大突破。同年，北京發(fā)射了世界上第一顆量子衛(wèi)星，該衛(wèi)星于2017年將一個光子傳送到地球?，F(xiàn)在，該衛(wèi)星已經(jīng)成功完成了從軌道到中國興隆和奧地利格拉茨的地面站的量子秘鑰分配工作。2017年，中國還在北京和上海之間建立了第一個遠程地面量子通信鏈路。這些科學成就代表著具有里程碑意義的重要舉措，可以確保中國政府的通信不被外國竊聽，至少在后量子密碼分析成為一項功能性實際應用之前是如此。中國還計劃投資100億美元，在安徽合肥建立國家量子信息科學實驗室，用于領導和帶動全國量子計算和傳感技術的發(fā)展與應用。

美國發(fā)展情況。在實現(xiàn)國防量子應用的競賽中，美國是另一個引領者。自2016年以來，美國政府在量子研究方面投資超過2億美元，2018年美國能源部和國家科學基金會承諾通過2到5年的時間，投資2.5億美元支持量子傳感、計算和通信。在軍隊方面，美國陸軍研究辦公室為量子計算方面的廣泛研究提供資金，而美國空軍則將其視為信息和太空戰(zhàn)爭中具有革命性的高新技術。更為重要的是，如Google、IBM、Intel和Microsoft之類的私營部門公司，也已經(jīng)進行了近十年的量子研究。在西方，他們和加拿大D—Wave系統(tǒng)公司一起引領著量子計算機的發(fā)展，這些計算機將可能會運行在未來的量子技術支撐的軍事平臺中。

歐洲國家發(fā)展情況。總體而言，歐洲國家也在進行大量投資，并取得了重大進展。歐盟委員會的量子技術旗艦項目將是一項規(guī)模龐大的研究項目，在未來十年內(nèi)規(guī)模將達到10億歐元，合計11億美元，其重點是量子技術的通信、計算、模擬和傳感這四個主要領域。2013年，英國政府宣布為自己的國家量子技術項目投資4.22億美元，目的是“建立一個協(xié)調(diào)一致的政府、工業(yè)和學院的量子科技界”，2018年末量子技術成為英國議會調(diào)查的主題。法國總統(tǒng)馬克龍于2018年5月與澳大利亞時任***馬爾科姆·特恩布爾簽署了一份諒解備忘錄，內(nèi)容是兩國合資開發(fā)量子硅集成電路并將其商業(yè)化。2018年9月，德國宣布2018至2022年間為量子技術研究提供一筆新的資金，價值6.5億歐元，合計7.71億美元。

俄羅斯也在俄羅斯量子中心投資發(fā)展量子計算，但沒有投入像其他國家那么多的資金力量，仍落后于中國和美國，這可能與20世紀90年代以來俄羅斯科研能力的總體下降有關。但據(jù)報道，俄羅斯總統(tǒng)普京已將國家研發(fā)支出提高至俄羅斯國內(nèi)生產(chǎn)總值的1%，其中1870億盧布（合計30億美元）用于2018年的基礎科學研發(fā)工作。

三、量子優(yōu)勢

報告指出，“量子優(yōu)勢”是指量子計算機的執(zhí)行任務能力超過當今最強大的傳統(tǒng)超級計算機。谷歌在2018年發(fā)布了其72位處理器，超過了IBM前一年的50位處理器記錄，并宣傳它的新型芯片可能在一年內(nèi)具備量子優(yōu)勢。然而，重要的不僅僅是量子比特的數(shù)量，還有一些其他因素也很重要，包括量子電路的“深度”，或是在錯誤擴散影響到真實的計算能力之前，可以執(zhí)行多少邏輯運算，這就是IBM研究人員所稱的“量子體積”。英特爾也認為量子技術非常復雜，需要大量的時間來完善商業(yè)應用程序。

量子技術具有明顯優(yōu)勢

報告進一步深刻指出，同樣值得考慮的是對地緣政治而言，量子技術可能意味著什么。人們有理由關注，隨著量子技術的出現(xiàn)，將會加劇世界各國之間的數(shù)字鴻溝，加大安全差距。如量子密碼分析，理論上可能是一個偉大的均衡器，但在現(xiàn)實中可能只有富裕、先進的國家才有能力經(jīng)營這項所需資產(chǎn)。如果少數(shù)幾個國家能夠通過量子密鑰分配或后量子加密算法，迫使其對手的通信對己實現(xiàn)透明，同時保護自己的通信安全，那么霸權主義關系可能會持續(xù)存在下去。同樣的情況也適用于大規(guī)模數(shù)據(jù)處理，能夠為技術先進的國家提供實時情報和運行優(yōu)勢。這一潛在的新型安全困境，在2018年10月第四屆歐洲網(wǎng)絡安全論壇上被提出。與其相反，量子技術的發(fā)展和廣泛傳播也可能會隨著時間的推移，逐漸削弱一些大國的相對優(yōu)勢。如果每個國家政府都能確保其通信安全，以前所未有的規(guī)模和速度處理情報數(shù)據(jù)，并在空中或海底探測外國軍事資產(chǎn)，那么均衡效應就會顯現(xiàn)。在現(xiàn)階段可以確定的是，技術上的量子優(yōu)勢是不可阻擋的，而且是近在咫尺的，量子技術的顛覆性影響很可能導致各國改變其防務姿態(tài)。