中国科学家研发威力强大的量子“矛”“盾”

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（原标题：中国科学家研发威力强大的量子“矛”“盾”）

新华社北京8月15日电（记者喻菲　杨春雪　高杉）尽管神秘、令人捉摸不透的量子力学还迷雾重重，科学家们却已经在开发利用量子世界。

从电脑到激光，从核能到生物技术，几乎没有哪个领域不依赖量子理论。量子力学推动和造就了现代世界，全球经济的三分之一依赖于以量子力学为基础的产品。

但其实，人类还只消化了量子世界奇异特性的很小一部分。中国科学家正在开发威力强大的量子计算机和最为安全的量子通信。

　　量子之“矛”“盾”

（小标题）量子计算机——量子之“矛”

专家介绍，量子计算利用量子态的叠加性质，可以实现计算能力的飞跃。现在计算机的运算单位比特只有0和1这两种状态，但量子计算机中可以处在0和1的叠加态上。如果操纵100个量子，其计算能力可能比“天河二号”快百亿亿倍。“天河二号”需要用100年计算的难题，量子计算机只需0.01秒。

如果将未来的量子计算机比作大学教授，今天所谓超级计算机的能力甚至还比不上刚上幼儿园的小班儿童。

　　未来的量子计算机与今天的超级计算机，就像大学教授与幼儿园的儿童

这么快的运算速度，将使人类的日常生活大大改变。例如在公共安全领域，量子计算可以瞬间处理监控数据库中60亿人次的脸部图片，并实时辨别出一个人的身份；在公共交通领域，量子计算能够迅速对复杂的交通状况进行分析预判，从而调度综合交通系统最大限度避免道路拥堵；在气象预测方面，量子计算能够将仪器检测数据结合模型全面预测分析，从而实现更高精准度的天气预报……

中国科学院院士潘建伟说，要做出通用的量子计算机，可能还很遥远，也许30年或更长，但是只是对某一种计算功能算得比较好的量子模拟机器估计5到10年就有望出现。

潘建伟介绍，目前阿里巴巴已与中科院合作，开展量子计算方面的研究，期望能够在5年左右的时间里实现50个量子比特相关操纵。它的计算能力，大概可以超越“天河二号”。

　　潘建伟和量子卫星

然而，一些人对于量子计算机的恐惧多于期待。有专家指出，对于现有信息安全系统而言，一旦量子计算机横空出世，它将成为一支“利剑长矛”，可以攻破现在所有的密码。

专家说，现在通用的加密方式并非想象般安全，它们都有破译的方法，只不过由于现有计算机运行能力的限制，破译一个密钥可能要耗费上万年，甚至上百万年。

如果量子计算机出现，人们目前自以为安全的一切将不堪一击。那将是一个“超级神偷”，可以“偷”走现代文明中人们赖以生存的一切——银行存款、网络信息等。它也足够冲破军事或安全系统，调转导弹的轨道，令整个国家陷入混乱与灾难。

（小标题）不可破译的密码——量子之“盾”

20世纪90年代，美国数学家肖尔证明量子计算可以攻破目前广泛使用的公钥体系。2015年11月，美国科技公司谷歌推出的D－Wave量子计算机，宣称其在解决问题时能够比其他任何计算机都快一亿倍，并能破解任何密钥体系。

有没有绝对安全的保密通信，让窃听、破译者无计可施？

所幸的是，量子物理同时提供了解决这一问题的办法。如果量子计算机是“利剑长矛”，那量子密码技术就是抵御它的“坚固盾牌”。量子密码提供了一种不可窃听、不可破译的新一代密码技术。

潘建伟说，量子通信的关键要素是“量子密钥”，量子密钥就是在A和B之间共同生成一串只有他们两边知道的随机数，然后用这个随机数来加密。量子密钥一旦被截获或者被测量，其自身状态就会立刻发生改变。截获量子密钥的人只能得到无效信息，而信息的合法接收者则可以从量子态的改变中得知量子密钥曾被截取过。

潘建伟打了个比方，古人在信封上用火漆封口，一旦信件被中途拆开，就会留下泄密的痕迹。量子密钥在量子通信中的作用比火漆更彻底，因为一旦有人试图打开“信件”，量子密钥会让“信件”自毁，并让使用者知晓。