中国正在寻求“量子惊喜”吗?

人工智能(AI)的炒作似乎已经达到或接近顶峰。而量子技术,尤其是量子计算,也出现了一波炒作浪潮。

但就目前而言,人工智能和量子技术仍处于相当初级的领域阶段,其局限性将阻碍它们迅速实现其全部潜能。就像任何技术变革一样,预测人工智能和量子技术在商业和国防领域的未来影响是很困难的。也就是说,人工智能正开始被广泛认为是一场新的军事革命的潜在催化剂,这种革命可能会改变目前的军事力量模式。不出意料,包括美国和中国在内的主要大国正在积极推进人工智能的军事应用,并在这一领域进行创新。

与此同时,“第二次量子革命”正在进行中。物理学上的第一次革命揭开了现实的秘密,并开启了基于量子力学原理的第一轮技术,包括激光、半导体和核磁共振成像。当前的革命看起来可能会创造一系列的颠覆性量子技术,利用量子力学的矛盾原理,例如叠加态(也就是说,量子系统可以同时存在于所有可能的状态)和纠缠(爱因斯坦称之为“在远处的幽灵般的行动”)。利用这些特性,在通信、计算、雷达、定时、传感、成像、计量和导航等领域的量子应用中,可以获得前所未有的能量、精度、安全性和灵敏度。这些种类繁多且互不相干的量子技术,随着它们的发展,可能会产生一系列重要的商业和国防应用,既带来了有利的市场机遇,也带来了破坏性的军事能力。

很明显,中国认识到量子技术在增强国家力量方面的潜力,因此渴望在这个新领域里引领研究和发展。习主席本人也强调了这些技术的重要性。中国的国家科学技术已经计划将量子通信和计算优先化。中国国家战略-“军民融合”专注于利用国防和商业发展强调这些技术之间的协同效应。

尽管美国一直是量子科学的开路先锋,但中国的进步和雄心正开始挑战美国的领先地位。当然,中国在量子科学领域的成就有时被夸大,特别是在官方媒体上,急于称赞中国正崛起为一个科学的“超级大国”。事实上,在考虑中国在量子密码学和计算技术方面的进步时,一定程度的怀疑仍然是必要的,因为这些技术经常被讨论。尽管如此,中国迄今的进展必须认真对待。否则,美国在这个领域可能会面临技术上的意外。

中国在不断地进步,并且已经成为了量子密码学和通信领域的全球领先者。2016年8月,中国发射了世界上第一颗量子卫星—墨子号,并将其用于开创性的实验,甚至在北京和维也纳之间还进行了一次量子安全的视频通话。与此同时,中国正在构建一个由光纤电缆组成的国家量子网络,该网络可以与未来的量子卫星相结合,从而形成一个“量子互联网”。

“墨子号”量子卫星

中国加强信息安全的努力是这一议程的主要推动力。自从2013年的爱德华·斯诺登泄密事件暴露出中国在美国网络和情报能力方面的脆弱性,中国对“完善保密性”的追求就开始加速发展。在实践中,人类和工程的错误很可能是不可避免的。尽管如此,这些新系统的建设可以提高中国的整体信息安全。

在量子计算中,中国是一个“迟到”的国家。但是,中国的研究人员现在正开始成为推动量子计算能力竞赛的有力竞争者。在2017年4月,来自中国科技大学的一个团队声称,他们打破了此前由谷歌所持有的10个超导量子比特的记录,这是向强大的量子计算机扩展的关键一步。中国科技巨头阿里巴巴与中国科学院合作,最近成为世界上第二家通过云计算提供量子计算服务的公司,仅次于IBM。

一旦操作,量子计算机将提供几乎不可想象的能力。它们可以破解许多现代密码术,在这种情况下,安全依赖于将大量数据分解的难度。也就是说,量子计算将标志着代码制造者和密码破译人员之间的斗争进入了一个新的阶段。目前的加密实践可能需要相当大的改变,这样的转变可能代价高昂且复杂,可能需要十多年的时间才能完成。

未来的量子计算机可以在任何环境中使用,在这种情况下,这种能力将在复杂的军事模拟和武器系统中提供一个优势。值得注意的是,量子计算也可能被用来加速人工智能的发展。中国的新一代人工智能发展计划包括将量子加速机器学习作为一项优先任务。今年1月,一组中国研究人员发表了一份论文,证明了一种有效的量子算法,通过使用六光子量子处理器从嘈杂的非结构化数据中提取有用的信息。这一关键突破的特点是提供“对量子计算时代数据分析”的新见解。

  • 论文地址:https://arxiv.org/abs/1801.06316

中国在量子雷达和成像方面有着更清晰、更直接的防御应用,可能会在不知不觉中抵消美国目前的优势。在2016年9月,中国电科的研究人员开发了一种单光子量子雷达,可以探测到100公里以外的目标。此外,中国媒体报道称,中国科学院量子光学的实验室正在建造一个“鬼成像(量子成像)”装置,用于未来中国卫星的使用,并计划到2025年将在太空中进行测试。

随着对量子技术的追求成为一项高层次的工作,中国已经建立了量子信息科学国家实验室。它可能成为世界上最大的量子研究机构,并获得了70亿元的初始投资。根据中国领先的量子物理学家潘建伟的说法,实验室将对中国的武装力量进行“立即投入使用”的研究。与此同时,新的联合实验室将深化专业学者与中国国防工业的伙伴关系。甚至连人民解放军的旗舰研究机构—军事科学院,也正在招募高层次的科学人才,以推动量子技术的发展。

展望未来,量子科学前沿的发展将以国际合作和日益激烈的竞争为特征。这些技术的进一步发展将带来巨大的机会,但也可能带来一系列的风险。

不难想象,对量子计算机的追求可能会导致对非法技术转移和通过网络和人类间谍活动窃取知识产权的强烈动机。一旦量子计算机变得更加实用,它们破解流行密码的能力就会产生一种进攻优势,从而加剧全球的信息不安全性和不稳定性。

推测起来,人工智能和量子计算之间潜在的协同效应引发了这样一个问题:这样的加速是否能促进人工智能的发展?事实上,这是世界各国政府和研究机构的既定目标。这种“超级智能”的风险已经引起了人们的担忧,即人工智能技术的进步可能“召唤恶魔”,正如埃隆·马斯克所提醒的那样。当然,未来先进人工智能所带来的威胁可能并不是那么严重,但值得我们去认真关注。

如果中国将其最敏感的军事、政府和商业通信转移到不可破解的量子网络,它将获得相对于美国的信息和情报优势。准确的情报可能是一种稳定的力量,因此,如果中国要“走向黑暗”,那么在网络间谍活动和信号情报方面,可能部分抵消美国的优势,由此产生的不确定性可能加剧误解,加大在危机中误判的风险。

随着量子雷达和传感技术向运作化推进,中国人民解放军克服先进的美国隐形能力的意图是显而易见的。这样的发展将是破坏美国军事力量的一个重要支柱。例如,中国媒体已经宣称(有些炒作)量子雷达将成为当今隐形战机的“复仇者”,而鬼成像卫星将使隐形轰炸机的拦截成为可能。目前还不清楚这种技术的进步是否有可能实现。然而,这种能力的潜在实现可能会破坏局部的军事平衡,但也许会鼓励中国更加自信地追求国家利益和目标。

目前,中国军方似乎认识到了抓住新兴技术的“战略制高点”的机会,而这些技术在美国并不具备(而且可能无法实现)优势。在这一过程中,中国人民解放军希望通过在量子科学领域进行重大投资来“超越”美国。这些赌注可能已经达到了数十亿美元。在战略竞争日益激烈的时代,通过这些已经在进行中的新战略技术来追求军事优势,可能难以约束。

尽管如此,围绕人工智能和量子技术经常出现的炒作和危言耸听可能是徒劳的。尽管这些技术是假的,但这些技术并不是不可能的,只不过它们将受到技术现实的限制。

展望未来,人工智能和量子革命可能会对人类的福祉产生非常积极的影响,从而为人们带来乐观的理由。然而,评估这些技术的军事应用和影响仍然是至关重要的。这就是为什么美国要缓解“量子意外”的风险,他们必须要非常认真地对待中国在量子方面的野心,同时也要采取一种评估其进展的关键方法。

原文发布于微信公众号 - ATYUN订阅号(atyun_com)

原文发表时间:2018-03-02

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