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搶占先機 美中量子技術之爭浮上檯面(上)

量子計算機示意圖(Shutterstock)
量子計算機示意圖(Shutterstock)

【記者宋唐、駱亞/報導】【大紀元2023年04月08日訊】(大紀元記者宋唐、駱亞採訪報導)繼荷蘭之後,3月31日,日本宣布收緊尖端芯片設備出口,兩國均表示,支持美國去年10月對中共實施的芯片禁令。但這可能只是開始,美國政府正在考慮對中共進行出口管制的下一步目標——新興的量子技術領域,涉及到量子計算硬件、糾錯軟件和向中國實體提供雲服務等。

儘管對量子技術的實用性還存在爭議,但人們預測量子技術是一項能改變遊戲規則、導致產業變革的技術,其強大的計算能力,能夠模仿高級複雜系統,可在破解密碼、藥物研發、氣象預報、資源勘探等領域形成突破。

在量子計算競賽中,第一個研發出高效可用量子計算機的國家,將在經濟、國防和網絡安全方面擁有優勢;而如果落在後面,則可能會產生嚴重後果。

量子計算與科技變革

創業公司PsiQuantum的首席執行官傑里米‧奧布萊恩(Jeremy O’Brien)表示:「量子計算的影響,將比迄今為止的任何技術都要深遠。」

量子計算機公司IonQ的總裁兼首席執行官彼得‧查普曼(Peter Chapman)也認為:「未來一百年的經濟將由量子推動。因此,這不是一個我們想輸的遊戲。」

經典計算機依靠「比特」(0和1)來處理信息,支撐量子計算的「量子比特」是微小的亞原子粒子,可以取值為0或1,也可以同時取值為0和1的複雜組合。因此,量子比特突破了傳統算力上的天花板。

台灣大學電機系教授林宗男告訴大紀元,比較兩種計算能力的時候,可以想像為,一隻現在我們可以放在口袋裡面的手機,它的計算能力比十幾、二十年前的電腦都還強。

2019年9月,谷歌發布了一台53個量子比特的量子計算機「懸鈴木」(sycamore),首次實現了「量子優越性」。對一個數學計算,當時世界最強大的超級計算機「頂峰」(Summit)大約需要一萬年的時間,「懸鈴木」只用了200秒便給出了答案。

目前,大多數在線通信,包括金融交易和流行的短信平台,都受到加密密鑰的保護,傳統計算機需要花費數百萬年才能破譯。一台量子計算機大概可以在不到一天就可以破解,這僅僅還是開始。

這使得在十年或二十年內,目前的互聯網加密協議無祕密可言。為了迎接這一天的到來,一些間諜機構正在儲存加密的互聯網數據,希望將來能夠破解。拜登政府也準備對密碼進行升級,要求在2035年前轉向量子密碼。

量子計算機還能夠以前所未有的精度,模擬工業化學品的分子行為,指導科學家取得更快的結果。2019年,研究人員預測,只要有一千個容錯量子比特,就能首次準確模擬出一種生產農業用氨的方法。分析師們預計,分子化學可能成為量子計算第一個真正的應用領域。

鋰是電動汽車電池的主要成分,即使是一個原始的容錯量子計算機,也可能會顯示如何擴大其儲存能量的能力,從而增加車輛的續航里程。

量子計算有可能在商業、金融和軍事應用領域,釋放出幾乎前所未有的計算能力,從而成倍地加速創新。第一個將量子商業化的國家,在建立市場主導地位、發展量子治理模式和追求新的量子應用方面,將占據先機。

美中發展量子技術重點不同

量子技術這場技術變革,讓世界各國都投入大量資源,美國、中國、歐盟、英國、德國等國,都啟動了量子技術的行動計劃。

不過量子計算要實現真正的商業化,至少需要幾百萬的量子比特,即使是最樂觀的分析師也認為,量子計算在未來5年內不會獲得有意義的利潤,可能需要10年以上才能達到這一目標。

目前最先進的量子計算機是IBM在2022年11月發布的433個量子比特的計算機,IBM還計劃在2025年推出4158量子比特的計算機。

2021年,中國合肥本源量子公司研發的超導量子計算機「悟源」有24個量子比特,去年8月百度發布的量子計算機「乾始」,只有10個量子比特。

林宗男表示,「量子科技目前都還是在實驗室中研究的一個技術,目前都只是一些研究的宣稱,實際上進展如何,其實都還不明確。不像人工智慧(人工智能),人工智慧隨著最近的GPT(Generative Pre-trained Transformer)的技術,每個人都可以感受到它的威力。」

蘭德公司2022年評估,美國是目前大多數量子技術的世界領導者,並且在每個應用領域都處於或接近全球前列。

中共高層將量子技術視為戰略重點,其第14個五年計劃的一個優先要務是量子科技。中國的量子專家和中共政府評估稱,中國在許多量子領域普遍落後於美國,但目標是到2020年代中期超越美國。儘管根據目前的發展軌跡,中國不太可能超越美國和歐洲,成為基礎研究和開發的領導者,但它有可能在開發和部署早期量子計算應用方面有些進展。

台灣國防安全研究院戰略與資源所所長蘇紫雲對大紀元表示,「中共挾著威權國家的這種優勢,可以把量子科技快速地在各個平台上面做試驗,包括金融部分、京滬量子光纜、墨子號量子衛星。看起來中國在基礎研究上面也不弱,在實質的作業上,目前距離美國大概有一小段的距離,大概在三年到五年的落差,可是未來會拉大,原因就在於硬體會被限制住,也就停留在原地打轉了。」

美中兩國的研發重點存在差異,美國更關注更有經濟效益的量子計算,而中共更關注與安全相關的量子通信,北京還有意在2030年前在衛星上安裝「量子加密通信能力」。

2021年一家美國信息技術諮詢公司發布了一份題為「量子時代的中國威脅」(The Chinese Threats in the Quantum Era)的報告,認為未來量子時代,來自中共的主要威脅是,北京可能會利用量子解密的功能,竊取如生物特徵標記、祕密情報官員和來源身分、社會安全號碼和武器設計等加密數據,中共經濟間諜會越來越多地竊取用量子輔助模擬的基礎製藥、化學和材料科學研究。

中共軍隊和國防工業也對量子技術產生了濃厚的興趣,軍方希望利用量子雷達和量子傳感方面的進展,來抵消美軍在隱形技術方面的優勢。中共海軍正在尋求為其潛艇開發一種量子羅盤,使其能夠在沒有北斗系統的幫助下進行導航。量子通信幾乎是防篡改的,中共可能會將其軍事電信過渡到量子網絡。

蘇紫雲表示,「中共向來都是會宣傳大於實質,量子羅盤、量子雷達理論上都是可以做的,可是你真的沒有這些先進的晶片,一切都是零。」

林宗男表示,雖然有一些宣稱中國量子科技進展的報導,但是中國的很多報導,他覺得真實性可能都要打上一個問號。目前還不清楚,有時候可能為了獲取一些政府的經費,而做出來的內宣,還是真的有這些進展,其實就目前所看到的報導,還沒有足夠的證據來說明。

像其它新興技術一樣,量子已經成為中美競爭的一個關鍵因素。征服量子領域的競賽是當今世界技術領域最激烈的競爭之一,人們正在見證一場量子之戰,它將是在研究實驗室中由大腦而不是槍枝,由科學家而不是士兵進行的戰鬥。

第一個將量子技術投入使用的國家,將擁有一套可以壓倒毫無準備對手的能力,能夠以比對手實施有效防禦更快的速度,威脅到對手的企業、軍事和政府信息基礎設施。

美國決意甩開與對手中共的差距

2022年,拜登政府開始禁止美國公司向中國出售用於超級計算機、人工智能和數據中心的高端芯片。

美國國家安全顧問傑克‧沙利文(Jake Sullivan)在2022年9月表示, 「計算相關技術、生物技術和清潔技術是真正的力量倍增器」,並表示美國將實施出口管制,以領先於中共。

美國商務部長吉娜‧雷蒙多(Gina Raimondo)去年在一次演講中也強調,美國將「加強出口管制系統」,並「採取行動保護在量子信息科學、半導體、人工智能、生物技術和清潔能源技術方面對中國(中共)的優勢」。

《華爾街日報》3月初報導,拜登政府正在考慮採取一項新措施,限制美國對可能構成國家安全風險的海外先進技術的投資。該計劃將涵蓋對先進半導體、量子計算和某些形式人工智能(AI)的私募股權投資和風險投資,但不包括生物技術和清潔能源技術。

美國科技新聞網站Protocol報導,至少從2019年開始,美國商務部就一直在與私營部門就量子計算出口管制進行磋商,商務部可能針對中共在獲得量子計算硬件、糾錯軟件和雲服務方面,使用與半導體出口管制相同的監管工具。

蘭德公司2022年報告建議:美國政府應該要求本土製造商報告其設備在海外的銷售情況,未來,一旦技術接近於有效應用,就應該考慮出口管制的必要性。

量子技術是一個高度國際化的技術合作領域,中共的很多努力都依賴於與外國量子研究人員和科學家的合作,包括在美國和西方大學學習的中國學生。

《福布斯》去年10月份報導,雖然沒有人證明中國量子計算產業的「王冠上的寶石」 ,實際上是從美國或盟友那裡偷來的,但毫無疑問,隨著量子計算機產業部門的發展,中共將找到方法來利用美國、加拿大以及英國和荷蘭等美國歐洲盟友的優勢,來發展自己的量子產業。

中共當局重點扶持的合肥國家實驗室(量子信息科學國家實驗室),從2006年開始,就開始外派很多年輕的學生到世界各地學習,2011年這些留學生基本都回到了國內。在其網站上還有常年招聘海外優秀青年人才的啟事。

蘭德公司2022年報告認為,美國一些量子技術研究是與中國學者(尤其是軍事大學的學者)合作完成的,存在技術洩露風險。

Serendipity Capital的首席執行官羅伯‧傑薩戴森(Rob Jesudason)今年一月份在《日經亞洲》上撰文說,如果西方想在量子計算領域獲勝,就必須採取冷戰思維,將量子計算技術置於太空競賽級別的優先地位。

林宗男表示,「因為像現在中國(中共)政府所獲得的高科技技術,其實都是在加強軍方的武力。中國(中共)政府軍方的武力,目前是全世界自由民主國家的最大威脅。所以一定要抱持著非常嚴謹的態度,不要再受到過去的它有龐大市場賺錢的思維影響。」

專家們認為,爭奪量子領域領導地位的比賽不是短跑,而是一場漫長的比賽。結果不會在幾個月或幾年內決定,而是在幾十年內決定。量子技術在發揮其全部潛力之前,仍有許多問題需要解決,很難預測何時或是否會出現重大的量子突破,而且這種突破可能是破壞性和危險的。有一點是肯定的,需要繼續研究,也需要更多資金。

責任編輯:林妍#