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中美科技鬥爭中量子計算機戰場
2021/07/16 19:53
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中美科技鬥爭中量子計算機戰場


一、      中美科技競爭已成為國家興亡關鍵  

    近來,美國面臨許多衰敗現象,例如新冠疫情未能徹底根治,大量印刷鈔票造成通貨膨脹,國內種族歧視及社會治安惡化,中美貿易戰初嘗敗績,窮兵黷武卻灰溜溜從阿富汗撤軍。美國為求確保世界霸權地位,不惜全面圍剿中國大陸,攪亂是非黑白世界秩序,但美國贏過中國的項目目前只剩核武器及部分高科技,核戰將導致人類毀滅不會輕易嘗試,因此科技競爭將成為主戰場。中國在量子科技方面領先世界,中美在量子計算機、量子武器及量子通訊的競爭相當激烈。相對論及量子力學是近代物理的兩大支柱,量子力學可解釋許多自然現象也有許多實際用途,量子有疊加與糾纏兩個重要性質。量子是不確定的,可以部分機率是一種狀態,同時也有部分機率在另外狀態,這樣的性質就是量子疊加。糾纏是數個量子態之間的奇妙連結,是量子現象自然的一環。量子計算便是以糾纏和疊加來計算開始的始初態,之後便以量子閘來執行量子演算法所需的運作。 

    量子計算機為什麼遠勝過超級計算機,因為傳統計算機都是照一定規則處理“0、1”二進制數據。所有文字、圖片、視頻等信息,在計算機中都可以用“0、1”數據來表示。每一位0或者1都被稱為一個比特。在傳統計算機中,一個比特在某次計算中要麼是0,要麼是1,只能表示為一個狀態。而如果藉由前面所提到的量子疊加態概念,量子疊加態是指粒子可以存在於疊加態中,能同時擁有兩個相反的特性,也就是我們說的波粒二象性。用量子來做計算機的比特,則一個“量子比特”可以同時既為1,也為0。以10個比特為例,傳統計算機一次只能表示0至1023這1024個數中的某一個數(2的10次方為1024),若這10個比特為量子比特,則每一個比特都可同時表示為0和1,這10個比特可以同時表示1024個數,遠遠高於傳統計算機只能表示一個數。因此,量子計算機將能夠極大地提昇運算能力。 

二、      中國成功研製62比特量子計算機“祖沖之號” 

    早先,中國科學技術大學的潘建偉、陸朝陽等人構建了一台76個光子100個模式的量子計算機“九章” ,它處理“高斯玻色取樣”的速度比目前最快的超級計算機“富嶽”快一百萬億倍。也就是說,超級計算機需要一億年完成的任務,“九章”只需一分鐘。同時,“九章”也等效地比谷歌去年發布的53個超導比特量子計算機原型機“懸鈴木”快一百億倍。“九章”的成果,就是實現了量子計算優越性。基於量子的疊加性,許多量子科學家認為,量子計算機在特定任務上的計算能力將會遠超任何一台經典計算機。2019年,谷歌第一個宣布實現了量子優越性。他們用的量子計算機叫作“懸鈴木”,九章比懸鈴木快一百億倍,“九章”的成果確立了中國在國際量子計算研究中的領先群地位。而在量子通信方面,中國明確是世界最先進的。”量子科技被科學家認為將引爆第四次工業革命,量子技術是量子物理與信息技術相結合發展起來的新學科,主要包括量子通信和量子計算2個領域。量子通信主要研究量子密碼、量子加密及遠距離通信的技術,量子計算主要研究量子計算機和適合於量子計算機的量子算法。英國政府發布的《量子時代的技術機遇》報告顯示,中國量子科技的論文發表排在全球第一、專利應用排名第二。 

    中國大陸非常重視量子計算機的研究,2016年“十三五”國家科技創新規劃中,將量子通信與量子計算機列入“科技創新重大項目,2017年,量子通信與量子計算機被列為“事關未來發展的重大科技戰略任務”的首位。據中國科大網站消息,中國科大量子創新研究院潘建偉、朱曉波、彭承誌研究團隊,成功研製了62比特可編程超導量子計算原型機“祖沖之號”,並在此基礎上實現了可編程的二維量子行走。量子計算機在原理上具有超快的並行計算能力,可通過特定算法在重大社會和經濟問題方面實現大突破。量子計算機研製作為世界科技前沿的重大挑戰之一,已經成為歐美各發達國家競相角逐的焦點。近期,潘建偉團隊在自主研製二維結構超導量子比特芯片的基礎上,成功構建了國際上超導量子比特數目最多、包含62個比特的可編程超導量子計算原型機“祖沖之號”,並在該系統上成功進行了二維可編程量子行走的演示。    

三、中國是否能贏得量子計算機戰爭 

    中國團隊最近展示擁有世界上最強大的量子計算機,超越了之前的記錄保持者谷歌。中科大的潘建偉團隊說,他們的量子計算機在一個多小時內解決了一個問題,這個問題可能需要世界上最強大的經典超級計算機八年才能破解,此聲明引起了美國的擔憂,恐懼輸掉“量子競賽”。據《科學美國人》報導,中科大的一項研究中,研究人員使用稱為量子點的納米級半導體將單光子傳輸到 300 多公里的光纖。在另一項研究中,科學家們將他們的光子量子計算機從 76 個檢測到的光子改進到 113 個,這是對其“量子優勢”的巨大升級。另外,祖衝之量子計算機由 66 個超導量子位組成,打敗了谷歌量子計算機。美國和中國之間的緊張局勢目前處於數十年來的最高點,兩國在貿易、人權問題、新冠病毒和地緣政治及軍事問題上發生許多衝突。2019 年,由研究員約翰·馬蒂尼斯領導的谷歌團隊實現了所謂的量子優勢,證明該公司的“懸鈴木”系統可以比強大的經典超級計算機更快地執行任務。一年後,中國科學技術大學的研究人員用光子製成的量子計算機進行了類似的實驗。擁有 56 個量子位和 113 個檢測到的光子,中科大系統現在在技術上是世界上最強大的量子計算機勝過美國。 

    中國在整個量子技術領域擁有更多的專利總量,但美國公司在量子計算專利方面遙遙領先。中國的量子研究幾乎完全是國家驅動的,集中在少數大學和公司。相比之下,美國的研究分佈在數十所大學和私營公司。福布斯雜誌報導,習近平主席資助了一個價值數十億美元的量子計算大型項目,預計到 2030 年將實現重大的量子突破。他還承諾斥資數十億建立中國量子信息科學國家實驗室。而美國政府對量子技術的投資與中國相比這些舉措微不足道。世界正在進行一場量子戰爭,這場戰鬥將在研究實驗室中由大腦競技,這場戰鬥的關鍵彈藥是研究資金。 

四、量子霸權及量子計算機對未來世界的影響  

    2019年有兩件引起世人關注,一個是IBM公司在年初的國際消費類電子產品展覽會(CES)上,展出了最新的量子計算機模型,另一個,則是谷歌在《自然》雜誌上發文,宣告“量子霸權”,IBM傳達的只是:把以往被關在數十平方米計算中心裡的量子計算系統,做到了能夠一體化交付的狀態但離真正意義上的商用還相去甚遠。谷歌在《自然》雜誌上發表的(用可編程超導處理器實現的量子霸權)的論文,助其率先實現了量子霸權。論文提到,谷歌團隊研發出了一款由54個量子比特(qubits)組成的量子處理器,命名為西克莫,它只花約200秒的時間完成超級計算機來需要花1萬年才能完成的任務。但中國的祖沖之計算機已後來居上。阿里達摩院發布的2020十大科技趨勢中,趨勢七就是量子計算進入攻堅期。量子計算機技術的實際運用,在經濟上,信息時代是被各種軟件和硬件所支撐的,金融、科技、、軍事、行政、基礎設施等方面的數據庫就是“心臟”,一旦“心臟”陷入癱瘓,所有軍事、行政、經濟基礎都將陷入癱瘓。量子計算機出現後,幾百萬年破譯不了的信息都能破譯,也就是說,一旦一國掌握了量子霸權,其他國家軍事、政治、銀行、基礎設施等諸多方面的數據庫都將很容易遭到攻擊,無論再強大的國家都可能在瞬間癱瘓。例如在導彈攔截過程中,攔截導彈的運行速度及攔截方運算的速度是戰鬥勝利的關鍵,各國比拼的實際就是飛彈軌跡運算速度,量子計算機的速度優勢是無庸置疑的。

 

 

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1樓. 馮紀游陸游:語蓮
2021/07/19 14:20

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