图片源于:https://thefridaytimes.com/26-Feb-2025/quantum-tech-advancements-and-challenges-for-national-security
2024年,量子计算的全球科技竞赛迎来了新的前沿。
美国和中国相继宣布在量子计算领域的突破性进展,分别开发了Willow和Tianyan-504。
随着这两大科技竞争对手不断突破量子计算的界限,关键问题浮出水面:这些新进展将为量子计算的实际应用解锁什么新可能性,同时在量子驱动的未来中对国家安全产生什么影响?
在计算领域,速度是衡量计算能力的关键标杆。
目前,最快的经典超级计算机通过二进制位(0或1)来处理和存储信息。
相比之下,量子计算机基于量子比特(qubit),可以处于状态的叠加,既可以是1也可以是0。
这一特性使得量子计算机能够运行多维量子算法,从而加速计算速度,并定义量子计算机相较于经典计算机的计算优势。
然而,量子计算的难题在于,随着量子比特数量的增加,计算能力也随之提升,但错误率也相应上升。
Willow芯片的制造商声称,他们通过增加量子比特数量来降低错误率,从而解决了量子计算的难题。
此外,Willow在随机计算采样(RCS)测试中表现出色,证明其计算性能优于任何先进的经典计算机。
在这一测试中,Willow在不到五分钟的时间内完成了一个任务,而这个任务用世界上最快的超级计算机计算需要大约十七万亿年的时间。
类似地,中国的超导量子计算机Tianyan-504也创造了新的国内纪录,超越了500个量子比特的门槛。
此外,它在量子比特寿命和读出保真度等关键指标上也达到了标准,可以用来衡量量子系统在读取存储在量子比特中的信息的可靠性。
尽管这些进展可能为金融建模、机器学习和制造业等实际应用带来显著进展,然而,它们也可能对国家安全产生影响。
例如,量子计算机对国家安全的最大威胁在于其解密当前用于保护军事、金融和政府数据的全球加密系统的潜力。
如果任何国家实现了这一解密能力,就可能访问其他国家的高度机密信息,进而干扰其情报操作或金融交易,从而危害国家安全。
在这方面,美国可以利用Willow芯片,由于其错误降低能力和卓越的计算速度,开发出能够破解标准加密代码的量子计算机。
考虑到量子计算机带来的潜在威胁,中国已经采取了双管齐下的战略,一方面进行战略投资以实现量子霸权,另一方面预先保护其系统免受未来量子驱动的网络攻击。
例如,在2016年,中国发射了量子通信卫星墨子号,以保护其通信。
此外,中国还建立了一条12000公里的量子通信网络,利用量子密钥分发(QKD)创建理论上不可破解的加密系统。
目前,中国可以进一步升级Tianyan-504,创建先进的加密系统以保护其机密通信。
这表明量子加密在攻防两方面的双重应用。
其他国家对量子技术的日益关注,如俄罗斯、英国和印度,也突显出其在量子驱动未来中的重要性。
例如,印度在国家量子任务(NQM)中的大量投资反映出其对开发量子基础网络生态系统的重视。
此外,俄罗斯也通过首次推出50个量子比特的量子计算机参与这场量子竞赛。
考虑到这一新技术的重要性,巴基斯坦也已建立国家量子计算中心(NCQ)以开展基础研究与开发。
然而,考虑到全球发展速度和与该技术相关的新兴威胁,巴基斯坦需要采取更具前瞻性和战略性的应对措施。
为此,巴基斯坦可以设计一个全面的量子模型,对量子技术如何在金融、制造业和密码技术等各个领域增强应用进行分类。
此外,该国可以制定一个时间表,设定关键的最终目标,例如在公立大学内建立更多量子研究中心和商业量子技术区,以民用量子科技为目标。
国家航空航天科技园(NASTP)可以作为这一研发的主要生态系统。
此外,巴基斯坦还可以着眼于制定一项国家战略,聚焦于量子计算的防御性军事应用,通过量子通信网络和量子抗攻击加密技术确保网络安全,类似于美国国家标准与技术研究院(NIST)目前的做法。
总之,Willow和Tianyan-504的快速发展表明,各国正在紧迫开发能够破解全球当前加密代码的量子计算机及其加密系统。
因此,在这个量子驱动未来中,巴基斯坦需要制定不仅关注量子技术应用的模型,还要采取预防措施,以保护其机密数据免受量子网络攻击的侵害。