美中量子领域缠斗 中国“里程碑式突破”遭质疑

中国最近称已在量子科技领域取得一项重大突破，其“九章”计算机实现了全球算力领先，计算速度比美国谷歌的量子计算机快100亿倍。 量子计算被认为是最具颠覆性的前沿技术之一，其潜在的实际应用包括彻底颠覆无处不在的现有密码体系，令网络密码形同虚设。目前国际量子计算机界专家正在对中国相关论文的数据进行评价审查，并对中国的计算机是否比谷歌的更快表示质疑。

中国在本月初宣布已成功打造出世界上最快、算力最强的量子计算机。中国科学技术大学宣布该校潘建伟等人在《科学》杂志上发表的论文说，他们构建的量子计算原型机“九章”，在求解数学算法高斯玻色取样时只需200秒，而目前世界最快的超级计算机要用6亿年，比美国谷歌的同类计算机快100亿倍。 中国官方媒体称这是中国“里程碑式突破”。

量子学是人类历史上最伟大的科学革命之一，该学科所催生的第一次产业子革命带来了原子能、半导体等等一系列重大技术的发明，从根本上改变了人类的生活方式。

美国德克萨斯大学奥斯汀分校计算机学教授、首先提出高斯玻色取样理论的斯科特·亚伦森（Scott Aaronson）说，中国团队的研究成果，是证明量子计算超越传统方法的又一重大突破。 亚伦森教授是中国这篇论文的审稿人之一。他说，即使一些仍对该论文持有疑问的人也对中国科学家的这一成功感到钦佩。

破解现有密码体系

这位美国著名的理论计算机专家说，量子计算机虽然可以被应用于很多领域，但对普通人来说目前最引人瞩目的应用之一是量子计算机可以被用来破解现行的网络加密体系。

他说：“人们每次在亚马逊买东西的时候都会在网络上输入信用卡号码， 而他们依赖RSA 或者迪菲－赫尔曼这类的公钥密码体制来保障网络购物的安全性。而如果你能造出一台量子计算机，你就可以破解我们当今互联网所使用的所有加密。只要没有别人知道，对先有这样的计算机的人来说是件好事。当然，这也让军方和情报机构对量子计算颇感兴趣。”

阿伦森教授说，目前的网络安全性都是由基于计算复杂性的加密技术来保证的，但在可以轻易计算庞大数据的量子计算机面前现行体系就会失守。

美国麻省理工学院的数学家彼得·秀尔（Peter Shor）在1994年，首先证明了量子计算速度远胜传统计算机，为破解加密算法奠定了理论基础。秀尔在今年10月底接受《自然》杂志采访时说，量子计算机威胁到网络加密只是一个时间问题。

目前这样的量子计算机虽然还远远尚未出现，但是考虑到网络加密信息现在就可以被截获和存储、将来再破译的安全风险，中国信息协会量子信息分会本月15日发布了中国第一份量子安全白皮书，强调应对未来量子计算机威胁、在后量子密码时代发展“抗量子密码”的重要性。

“九章”速度遭质疑

谷歌去年9月曾在量子计算机先驱、加州大学教授约翰·马蒂尼斯教授（John Martinis）的领导下推出了一台能够远远超越世界上最强大的超级计算机算力的量子计算机，在世界上首先实现了“量子优越性”，被认为是一项里程碑式的进展。 对一个传统电脑来说几乎不可能完成的数学计算，马蒂尼斯团队名为“悬铃木”的只用了200秒便给出了完美的答案。 即使是当时世界最强大的超级计算机“顶峰（ Summit）”要执行同一计算也需要大约一万年的时间。

谷歌公司首席执行官桑德尔·皮查伊（Sundar Pichai）当时曾将这一突破与莱特兄弟发明飞机相提并论，称这是一个“世界，你好！”的时刻。

马蒂尼斯教授表示，中国团队构建出了这一十分复杂的计算机，是一次“漂亮的”的实验。 但是，对以中国古代算数专著命名的“九章”比谷歌的“悬铃木”快百亿倍的说法，马蒂尼斯教授对美国之音说，他对此表示怀疑。

他说：“现在其他人正在对此进行认真思考，我们不知道这一论断是否真的正确。 我想说的是，这是一个典型的科学问题，听上去你也许可以作出某一论断，但是你必须十分谨慎地对这台计算机进行分析，看这个结论是否真正正确。“

马蒂尼斯教授说，谷歌的计算机对错误十分敏感，不允许任何一个错误发生，所以这是一个很有力的证据，表明他们的计算机的复杂性是正确的。而中国的计算机，即使有错误，似乎仍然可以有信号出现。

马蒂尼斯教授表示，目前量子计算机界的很多同行正在对中国的“九章”进行进一步讨论，这一最新的量子优势的论证工作尚无定论。他说，“九章”的另一个明显劣势在于它不是一个“可编程”意义上的计算机。

美中量子博弈

就在中国科学家在《科学》杂志上发表论文宣布已成功打造出“九章”的同一天，由美国能源部费米实验室等研究机构组成的一个小组也宣布，美国科学家首次实现了持续的远距离量子传送。 这篇发表在《物理评论（Physical Review）》杂志上的论文指出，这项研究成果可能为 "可行的量子互联网"奠定基础，可以 “改变数据存储和计算等多个领域”。

量子科技是美中两国近年来竞争最为激烈的领域之一。 中国近年来在所有设计科技领域的一系列重要决策中多次提及量子科技。 中国领导人习近平还曾在今年10月召集政治局举行所谓的集体学习，“深刻认识推进量子科技发展重大意义， 加强量子科技发展战略谋划和系统布局”。

美国在2018年底通过《国家量子计划法案》，将量子信息科学列为国家重点战略发展目标，向量子研究注入12亿美元，落实量子计划项目。美国能源部和白宫科学技术政策办公室还在今年8月宣布成立国家量子计划咨询委员会，其成员构成包括了行业、大学、联邦实验室和其他联邦政府机构的代表，推动量子研究和创新。

美国网络安全专家、前微软首席安全架构师的罗杰·格里姆斯说 西方社会应迅速清醒地意识到量子技术的潜力，包括量子电脑可以破解传统的公匙密码体系，目前90%的网络、包括网络银行都是建立在这一体系之上的。

他说：“谁将建造出强大到足以破解传统公匙加密体系的量子电脑，这无疑是美中、也许还有俄罗斯等之间最为激烈的竞争之一。“

格里姆斯说，当这样的量子计算机出现的那一天将是令世界认识到量子电脑之强大的那一刻。而人们很可能在一两年之内就会听到这方面取得重大进展的消息。