中俄合作测试量子卫星通信 美中量子实力谁更强?

科技

媒体近日报道了中俄两国已成功合作测试远距离量子加密通信的消息,中国量子卫星“墨子号”再显神威。分析人士说,中俄试图联手打造量子通信网络将美国与西方盟友隔绝在外,但量子通信的未来使用前景并不明朗。在量子计算领域,中国仍落后美国。

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“墨子号”再助中国建立远距离量子通信连接

香港《南华早报》最近报道说,中国和俄罗斯的科学家联手,在两国相距将近四千公里的地面站之间成功测试了“完整周期”的量子加密通信。

中国长期在量子通信领域投入巨资,取得了世界领先的实验成果。量子通信经过一种被称为量子密钥分发(QKD)的方式,利用量子力学的特性,使通信网络中的任何监听活动都可以被探测得到,从理论上来说是一种“无条件安全”的通信手段。

俄方发表的论文显示,这次测试是在2022年3月1日进行的,使用了位于俄罗斯莫斯科附近的兹韦尼哥罗德(Zvenigorod)地面站、中国新疆乌鲁木齐附近的南山地面站,相距约3800公里。测试借助了中国在2016年发射的世界第一颗量子卫星“墨子号”。

测试中,科学家发送了两张图片,使用量子密钥进行了加密。

新美国安全中心(CNAS)技术与国家安全项目助理研究员萨姆·豪威尔(Sam Howell)对美国之音说:“这一(实验)意义重大,因为随着世界越来越依赖数字通信,安全通信方法的发展变得比现在更加重要。与传统方法不同,量子通信使用量子力学原理来加密和传输数据,这使得(外部的任何)拦截或解码行为基本上不可能不被察觉。”

中国希望被视为俄方的技术伙伴以及发展中国家的技术领导者

参与这一测试的俄罗斯科学家、俄罗斯量子中心“量子信息技术”科研组组长、俄罗斯国家研究型技术大学实验室科研组组长阿列克谢·费多罗夫(Aleksey K. Fedorov)2023年7月在莫斯科的一场论坛上曾表示,量子技术可成为对“金砖”国家之间的国际合作更加开放的科学互动交叉话题之一,因为在这一领域,俄罗斯方面很难与西方科学家进行互动。

一些中国媒体对中俄此次试验成功兴奋不已,号称测试证明在“金砖”国家之间建立量子通信网络“在技术上是绝对可能的”。

“第一财经”旗下账号“财经郑老撕”公众号1月9日发布的视频说,中俄成功实现量子通信的意义在于,量子通讯不可能被窃听,中国的量子技术已经从理论走向实际应用,领先世界。

军事论坛账号“利刃号”1月5日发表评论文章说,“中俄在网络通信领域将构筑起一面牢固的盾牌,美国将失去在信息掌控方面的先机,在全球的领导地位和安全利益也大不如前”。

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德国马歇尔基金会(German Marshall Fund)保障民主联盟项目新兴技术问题高级研究员林赛·戈尔曼(Lindsay Gorman)对美国之音说: “这表明中国和俄罗斯这些专制国家之间的凝聚力日益增强,他们正在加强合作,特别是在信息领域。”

军事与情报技术专家、布鲁金斯学会外交政策项目访问研究员汤姆·斯蒂芬尼克(Tom Stefanick)说,中俄量子通信实验并不是中国实现的最远距离的量子通讯。2017年, 中国与奥地利的科研团队借助“墨子号”,在河北兴隆与奥地利格拉茨地面站之间进行了距离达7600公里的洲际量子通信实验。

斯蒂芬尼克通过电子邮件对美国之音说,中俄双方在量子通信方面的合作,显示“中国希望被视为俄罗斯的伙伴”。他说,这也让中国能够凸显自己是“不断扩大的‘金砖国家’集团的领导者,并将自己定位为技术领导者和制衡美国的力量。”

中国量子通信技术领先

量子计算(quantum computing)、量子通信(quantum communication)和量子精密测量(quantum sensing)是量子信息科技研发的三大领域。美中两国都将量子技术视为像人工智能那样具备战略意义的前沿技术。而中国格外注重量子通信领域的发展。

量子通信中的量子密钥分发也可以在光纤网络进行,但由于在长距离传输时会出现光子损失的问题,光缆地面传输的范围被局限在1000公里以内。

中国于2016年发射了世界上首颗量子通信卫星“墨子号”,试图解决光缆中的光子损失问题。在此基础上,中国已经建立了横跨数千公里的量子网络的地面站。中国希望以地面光纤网和太空卫星建成一个“天地一体化广域量子通信网”。

中共中央总书记习近平2020年10月作出指示中国量子科技界“找准我国量子科技发展的切入点和突破口,统筹基础研究、前沿技术、工程技术研发,培育量子通信等战略性新兴产业,抢占量子科技国际竞争制高点”。

在某些指标上,中国的量子通信技术处于世界领先地位。据战略与国际问题研究中心(CSIS)统计,中国国家知识产权机构在2010年至2022年间收到了1554份量子通信专利技术申请,这几乎是美国专利商标局在这一领域专利申请数量的两倍,是日本的四倍。

豪威尔说,中俄量子通信是一个重要的发展,但鉴于量子通信目前还难以大规模普及,中俄实验成功的重要性不应被夸大。

她说:“我认为我们离真正规模化的量子通信技术还有一段路要走。在我看来,在相当长的一段时间内,量子通信不太可能成为任何消费类、企业层面、甚至国家的主要通信形式。现阶段,量子系统仍主要以科学研究为基础,在这一技术商业化之前,还需要一些相当重要的技术发展。”

戈尔曼表示:“中国和俄罗斯都在寻求扩大伙伴关系,例如在‘金砖’国家建立此类网络。但我认为它在很大程度上处于初级阶段,在未来几年我们还不太可能看到广泛的量子网络。”

美国:量子通信网络技术有局限

不过,美国政府目前对量子密钥分发(QKD)和量子密码术(QC)的研发和部署持谨慎态度,认为这类技术还有多项技术局限。美国联邦情报部门国家安全局(NSA)为此专门发布官方公告提出说明:“NSA不支持使用QKD或QC来保护国家安全系统中的通信,除非相关局限得以解决,否则不会认证或批准任何供国家安全系统(NSS)客户使用的QKD或QC安全产品。”

CNAS的豪威尔说,中国在量子通信方面长期占有优势,甚至超过美国,但不是因为美国的研发能力较弱。她说:“我认为这是由于我们没有那么专注于量子通信。美国量子生态系统对计算和量子传感更感兴趣。”

她说:“如果美国决定将量子通信作为优先事项,我们很容易赶上中国。”

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量子计算:中国离美国仍有差距

而在量子计算领域,中国与美国的差距明显。美国还在加大投入,试图保持在量子计算方面相较中国的技术优势。

据中国官方媒体报道,中国第三代自主超导量子计算机“本源悟空”1月6日在安徽省的一家公司上线运行。报道说,该量子计算机搭载72位自主超导量子芯片“悟空芯”,是目前中国先进的可编程、可交付超导量子计算机。 “本源悟空”搭载的是72位自主超导量子芯片“悟空芯”,共有198个量子比特。

在中国媒体的报道中,这一量子计算机科研团队主要负责人、中国科学院量子信息重点实验室副主任郭国平教授承认,中国可交付自主超导量子计算机虽然取得了一定的进展,但也要清醒地看到与世界量子计算强国的差距。

美国量子计算机在量子比特数量和量子纠错上进展更快。2023年12月4日,美国IBM公司推出了世界第一台拥有超过1000个量子比特(衡量量子计算机性能的指标之一)的量子计算机。

这台量子计算机搭载IBM的“Condor”(秃鹰)芯片拥有1121个超导量子比特。IBM还推出了一款名为“Heron”(苍鹭)的量子计算机芯片,在错误率这一指标上创下了历史新低。

基于量子力学的量子计算机,在应用中可以为人工智能、密码分析、气象预报、资源勘探、药物设计等提供超强算力,因此成为为美中两国视为具备战略意义的关键新兴技术。

中国政府在量子研究方面的投入超过了任何其他国家。路透社援引麦肯锡公司去年4月份的一份报告说,北京迄今已宣布为量子研究提供累计153亿美元的资金,是美国37亿美元的四倍多。

美国国会众议院去年11月推出《国家量子倡议再授权法案》(National Quantum Initiative Reauthorization Act),并获得众院众议院科学、空间和技术委员会全票通过。该法案建立在已于2018年签署成为法律的美国《国家量子倡议法》(National Quantum Initiative Act)的基础之上,以确保美国继续加速量子科学的突破。

为了在于中国的竞争中保持优势,美国可能对与量子计算相关的产品实行类似于在芯片技术方面的更严格出口管制。戈尔曼说:“如果我们在政策领域看到(美国)做出更大努力来控制一些最高端量子技术的使用,特别是军事应用,我不会感到惊讶。”

美国总统拜登去年8月签署行政令,限制美国主体投资中国的技术产业,量子信息技术就是受限领域之一。

分类: 科技新闻

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