美国智库最新研究“量子霸权”

郭道平

9月12日， 新美国安全中心(CNAS)发布研究报告， 研究报告题为《Quantum Hegemony? China’s Ambitions and the Challenge to U.S. Innovation Leadership》。作者是埃尔莎·B·卡尼亚（美国安全中心技术与国家安全项目兼职高级研究员）和约翰·科斯特洛（美国国土安全部国家保护与计划战略、政策和规划局局长）。

该报告对中国的量子科学研究发展情况进行了分析和渲染， 强调了中国在量子技术领域的快速进步，并鼓吹美国必须要认识到中国在这些技术方面取得进步的轨迹，以及要认识到中国潜在的军事和商业应用前景。主要观点如下：

中国正将自己定位为量子科学强国。最近几年，中国研究人员在基础研究和量子技术方面取得了协调发展，包括量子加密、通信和计算以及量子雷达、传感、成像、计量和导航。这些突破表明了长期研究议程的成功，该议程在积极培养顶尖人才的同时，为这一领域投入了大量资金。随着2016年8月世界上第一颗量子卫星“墨子”的发射，中国向全世界展示了在量子科学方面的崛起。从那时起，中国在量子通信和计算领域推出新的国家“大型项目”反映了这些技术持续占有优先顺序。

中国最高层领导人认识到量子科学技术的战略潜力，它可以在经济和军事层面提高国家力量。这些量子野心与中国成为科技强国的国家战略目标交织在一起。中国不是主要依靠外国技术的“吸收”来追求自主创新，而是打算在包括生物技术和人工智能在内的战略性新兴技术中实现真正具有颠覆性甚至是“激进”的源头创新。随着中国推进军民融合的国家战略， 这些关键技术也将用于一系列国防目的。虽然国际合作可以成为推动全球科学进步不可或缺的一部分，但在最坏的情况下，与中国这些技术相关的敏感性和战略目标可能会影响这种合作，或许会导致这类“中国制造”创新未来严格属于中国。

中国显然希望引领伴随这些新技术的出现而发生的“第二次量子革命”。中国广泛使用可证明安全的量子密码学和量子通信，旨在创造新的网络，至少在理论上，这将是“不可撼动的”。在未来的几十年中，量子计算的实现将创造无与伦比的计算能力，有影响力的应用将包括破解流行的加密类型。虽然中国是这场竞赛的后来者，但这场比赛将是一场马拉松，而不是短跑， 将在未来几十年内持续下去，而中国科学家（他们正在接受几乎无限的资源，并且最近已经建立了纠缠量子比特的新世界纪录）可以实现长期追赶。与此同时，中国研究人员声称在量子雷达、传感、成像、计量和导航方面取得了显著进步，从而实现了更高的精度和灵敏度。此外， 早期对量子材料的研究，如拓扑绝缘体，可以实现信息处理的新范式，已在清洁能源中得到应用，它甚至可以成为量子计算的一个途径。

中国在量子科学方面的进步可能会影响未来的军事和战略平衡，甚至可能超越美国传统的军事技术优势。尽管难以预测其实现的轨迹和时间框架，但这些两用量子技术可能“抵消”美国军事力量的关键支柱，可能破坏与当今以信息为中心的战争方式相关的关键技术优势，这就是美国模式的缩影。随着中国将其最敏感的军事、政府和商业通信转移到量子网络， 这种转变可能会增强信息安全，可能会挫败美国的网络空间间谍活动和信号情报能力，尽管这些系统很可能仍然容易遭受入侵。与此同时， 这种向量子密码学的全国性过渡可以确保中国能够更加安全地抵御更遥远的威胁，即未来量子计算机或许能够使用舒尔（Shor）算法破解各类密码系统。相比之下，美国尚未朝着大规模实施此类解决方案或后量子加密技术的替代方案的方向发展。展望未来，如果中国成功地成为量子计算的先驱，那么利用这种巨大的计算能力可以带来战略优势，从而将敏感信息系统置于风险之中。与此同时，量子导航的引入可能允许更大程度地摆脱天基系统（如各种卫星导航），而量子雷达、成像和传感的实现将增强态势感识和定位瞄准，可能会削弱美国对隐身技术的投资，甚至允许跟踪潜艇。总的来说， 这些进步可以继续支持中国人民解放军成为这些新军事技术前沿势均力敌的真正竞争者。

美国必须认识到中国在这些技术方面取得进步的轨迹，以及它们潜在的军事和商业应用前景。作为回应，美国应该通过增强其创新生态系统的活力，在量子技术的发展中继续并加倍努力来保持领导者或至少是主要竞争者。美国必须确保量子科技的基础研究、应用研究和开发能够获得充足、持续的资金，同时寻求吸引和留住顶尖人才。在此过程中，探索新的公私伙伴关系范式也将至关重要。在继续探索后量子加密相关选择的同时，美国政府应该开始评估与军队和政府范围内的一种转变相关的成本和时间框架，这种转变从当前流行的加密形式转变为一种新体制，这可能需要对基础信息设施做出巨大改变。国防部还应进一步分析可用的量子加密和通信形式的实用性，以确保军事信息系统的安全。随着量子雷达、传感、成像、计量和导航发展得更加成熟，国防部也应该考虑使用这些技术进一步进行原型设计和实验。展望未来，虽然第二次量子革命的全面影响还有待观察（并且有些怀疑是有道理的），但美国必须通过利用其在创新方面的现有优势来减缓遭到技术突袭的长期风险。