王闖+呂堯

近年來，谷歌、IBM、微軟等IT 巨頭不斷加大對量子計算機的投入力度，并在商業(yè)層面發(fā)布了一系列成果，引發(fā)了社會各界的廣泛關(guān)注。盡管各相關(guān)方對量子計算機的研發(fā)路線仍有分歧，對其何時能夠?qū)嵱貌⒆呦虍a(chǎn)業(yè)化也無定論，但無論如何，作為一種顛覆性技術(shù)，量子計算機技術(shù)的問世必將對國家安全、產(chǎn)業(yè)安全和網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)生重大影響。

賽迪智庫網(wǎng)絡(luò)空間研究所認為，量子計算機的成熟和大規(guī)模應(yīng)用還需要相當長的時間，但我們必須著眼未來，做好以下工作：持續(xù)跟蹤和支持量子計算機研究，推動形成商業(yè)化量子計算機研究機制，積極應(yīng)對專用量子計算機沖擊。

量子計算機研究進展顯著

量子計算機是基于量子力學(xué)的疊加原理和量子糾纏等性質(zhì)來進行數(shù)據(jù)計算的計算機，在密碼學(xué)、科學(xué)模擬、大數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域，具有傳統(tǒng)計算機無法比擬的優(yōu)勢。

歐美科學(xué)界和企業(yè)界不斷加大投入，并有了重大進展。一是研究機構(gòu)與企業(yè)投入力度不斷加大。微軟研究院2012年成立了量子體系結(jié)構(gòu)與計算研究組；谷歌公司與美國國家航空航天局（NASA）于2013 年聯(lián)合成立了量子人工智能實驗室。此外，歐盟2016年4月宣布，將于2018年啟動總額10億歐元的量子技術(shù)項目；澳大利亞政府2016 年4 月宣布，將在澳大利亞量子計算與通信技術(shù)中心成立量子計算實驗室，進一步加大對半導(dǎo)體硅基量子芯片等研究的集中投入。

二是取得了一系列重大突破。在量子芯片方面，加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校實現(xiàn)了9量子比特的超導(dǎo)量子芯片，新南威爾士大學(xué)實現(xiàn)了2量子比特的硅基半導(dǎo)體量子芯片，牛津大學(xué)實現(xiàn)了5量子比特的離子阱量子芯片。

在量子計算機方面，谷歌于2015年推出了聲稱比其它計算機快1億倍的量子退火機D-Wave；IBM于2016年5月發(fā)布了5超導(dǎo)量子比特的量子計算機，谷歌和西班牙巴斯克大學(xué)于2016 年6 月公布了具有9超導(dǎo)量子比特的模擬量子計算機，馬里蘭大學(xué)與美國國家標準與技術(shù)研究院于2016年8月發(fā)布了5個量子比特的可編程量子計算機。

目前我國在量子計算領(lǐng)域部分研究成果已達到國際一流水平，但總體上基礎(chǔ)較為薄弱，與歐美等國家和地區(qū)仍有一定差距。

量子計算機距離可用仍有較大距離

雖然在研究方面取得了較大進展，但量子計算機在理論層面和物理實現(xiàn)方面均面臨諸多難題，距離可用仍有很長的路要走。

在理論層面，量子計算機需要特定的量子算法才能發(fā)揮強大性能，但并不是所有的計算都可以用量子算法加速，類似Shor算法（用于大數(shù)質(zhì)因子分解）和Grover 算法（用于無序數(shù)據(jù)庫搜索）等完全超越傳統(tǒng)算法的仍較少。

在物理實現(xiàn)層面，科學(xué)家普遍認為，可用的量子計算機至少應(yīng)具有幾十個以上的量子比特、比特邏輯門的保真度達到99%，以及操作速度和退相干時間在合理范圍，但目前國際最先進的水平都未達到這一要求。與此同時，量子比特非常脆弱，外界任何微弱的環(huán)境變化都可能對其造成破壞性影響，量子計算機的核心部件通常處于比太空更加寒冷的密封極低溫環(huán)境中。

量子計算機的應(yīng)用將產(chǎn)生巨大影響

一、量子計算機將影響國際政治格局。量子計算技術(shù)關(guān)系到一個國家未來的基礎(chǔ)計算能力，擁有了這種能力才可能迅速建立起全方位的戰(zhàn)略優(yōu)勢，引領(lǐng)量子信息時代的國際發(fā)展。

二、量子計算機將顛覆IT產(chǎn)業(yè)格局。一方面，作為現(xiàn)代計算機的顛覆者，未來量子計算機會像傳統(tǒng)計算機一樣形成龐大的技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈，為信息和材料等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展開辟廣闊空間，帶動包括材料、信息、技術(shù)、能源在內(nèi)的一大批產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)飛躍式發(fā)展。另一方面，量子計算機技術(shù)也為IT產(chǎn)業(yè)各參與方提供了彎道超車的機會。

三、量子計算機將首先從專用領(lǐng)域取得突破。根據(jù)現(xiàn)有研發(fā)情況，量子計算機將首先在密碼、人工智能等專用領(lǐng)域出現(xiàn)，并產(chǎn)生顛覆性影響。

一方面，科學(xué)界估計專用量子計算機將在未來十年內(nèi)走向?qū)嵱谩?/p>

另一方面，專用量子計算機將在部分領(lǐng)域產(chǎn)生顛覆性影響，非對稱密碼體系首當其沖，這將對網(wǎng)絡(luò)安全產(chǎn)生重大影響。非對稱密碼基于大數(shù)的因子分解這一數(shù)學(xué)難題，但量子計算機可以實現(xiàn)任意大整數(shù)的快速分解，破解1024位密鑰的非對稱加密只需幾秒鐘。