孫立華

我國(guó)首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星將于2016年8月?lián)駲C(jī)發(fā)射，這是世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信。因其運(yùn)用量子物理基本原理，具有單光子的不可分割性和量子態(tài)的不可復(fù)制性，確保了信息的不可竊聽(tīng)和不可破解，從原理上確保身份認(rèn)證、傳輸加密以及數(shù)字簽名等的無(wú)條件安全，可以有效解決信息安全問(wèn)題。

所謂量子理論，從微觀領(lǐng)域來(lái)講，就是某些物質(zhì)可同時(shí)處于多個(gè)可能狀態(tài)的疊加態(tài)，只有當(dāng)被觀測(cè)或測(cè)量時(shí)，才會(huì)隨機(jī)地呈現(xiàn)出某種確定的狀態(tài)。按照量子理論，物體從A不經(jīng)過(guò)A和B中的任何一個(gè)點(diǎn)就能直接到達(dá)B。換句話(huà)說(shuō)，物體在A點(diǎn)突然消失，與此同時(shí)在B點(diǎn)出現(xiàn)。基于這一原理，有科學(xué)家提出將具有量子態(tài)的物質(zhì)作為密碼。如此一來(lái)，若有操作者截獲或測(cè)試量子密碼，就會(huì)改變量子狀態(tài)，其獲取的量子密碼也是無(wú)意義的。如果將量子理論應(yīng)用于武器中，就會(huì)產(chǎn)生量子武器。量子武器實(shí)際上是一種威力超過(guò)核武器的無(wú)形殺手，其威力如同人進(jìn)入火海，可使其迅速化為灰燼。

二戰(zhàn)之后的量子武器研究

在第二次世界大戰(zhàn)末期，德國(guó)中央科學(xué)院就開(kāi)始了量子武器和反量子武器計(jì)劃的研究，并取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展。

二戰(zhàn)結(jié)束后，美國(guó)和蘇聯(lián)分別獲取了德國(guó)遺留下來(lái)的部分量子武器和反量子武器相關(guān)資料，并得出量子武器比核武器威力大的結(jié)論。愛(ài)因斯坦在1942年就提出了量子力與反量子力的守衡。據(jù)說(shuō)，蘇聯(lián)當(dāng)時(shí)在秘密研究實(shí)驗(yàn)量子武器，但一直沒(méi)有更多的公開(kāi)資料可供研究。外國(guó)分析家認(rèn)為，俄羅斯由于具有一定的科研優(yōu)勢(shì)，已擁有批量不大的量子武器樣品，這種武器的有效半徑是無(wú)限的，能夠?qū)⒓す馑瓦_(dá)任何地點(diǎn)。此外，這種量子技術(shù)還可以建立通信系統(tǒng)，以極高的速度向戰(zhàn)區(qū)傳遞信息。

未來(lái)會(huì)有哪些量子武器

據(jù)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，在量子物理學(xué)攻關(guān)、試驗(yàn)成功后，至少可生產(chǎn)如下武器：一是反物質(zhì)炮。因?yàn)槲镔|(zhì)是由分子和原子構(gòu)成，原子是由帶負(fù)電的電子和帶正電的原子核組成，如果由帶正電的電子與帶負(fù)電的原子核組成原子，那么就是反原子，由反原子就可組成反物質(zhì)。當(dāng)反物質(zhì)與正物質(zhì)接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生湮滅效應(yīng)，放出光子和介子，同時(shí)釋放出巨大能量，也就是說(shuō)會(huì)爆炸。一毫克反物質(zhì)與一毫克正物質(zhì)湮滅時(shí)會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)于430噸TNT炸藥的爆炸力，因此現(xiàn)在的許多科學(xué)家都認(rèn)為反物質(zhì)武器將是繼核武器之后的又一種毀滅性武器。但是要研發(fā)反物質(zhì)炮彈除了量子物理學(xué)基礎(chǔ)研究、高能物理研究裝置外，還得有反物質(zhì)試驗(yàn)裝置。目前，這還是需要攻關(guān)的領(lǐng)域。二是重力波炮。重力波炮實(shí)際上是一種量子定向能武器，其原理是量子凝縮。由于在宇宙中缺乏媒介，聲波、沖擊波等無(wú)法傳播，導(dǎo)致傳統(tǒng)的爆炸性武器包括核武器的效果都大打折扣，而重力波則不受這個(gè)限制。因此在宇宙中，定向發(fā)射的高能重力波可以很容易做到擴(kuò)散性殺傷的效果。三是重力場(chǎng)發(fā)生器。其實(shí)就是個(gè)人造黑洞，只要碰上就片刻之間化為烏有。四是反量子武器。反量子武器是個(gè)量子防護(hù)罩，如果研制成功，那么它就能抵抗所有物理攻擊。

除了以上未來(lái)可能出現(xiàn)的量子武器，美國(guó)科學(xué)家正在研發(fā)一種“量子雷達(dá)”，或?qū)⒊蔀殡[身飛機(jī)新的天敵。有報(bào)道稱(chēng)，光子的量子特性可用于挫敗先進(jìn)的隱身技術(shù)，羅切斯特大學(xué)的研究人員正在利用偏振光子探測(cè)物體和進(jìn)行成像，如果隱身飛機(jī)試圖截獲這些光子并以某種方式反射以偽裝自己的部位，就會(huì)不可避免地改變光子的量子特性，進(jìn)而暴露干擾行為。也許，在不久的未來(lái)“量子雷達(dá)”將最先在世界軍事舞臺(tái)亮相，讓隱身飛機(jī)無(wú)處遁形。

相關(guān)鏈接量子理論的新進(jìn)展

近年來(lái)，量子計(jì)算的理論和實(shí)踐都相繼取得重大進(jìn)展，產(chǎn)生了多種新的量子算法，研制了多種量子計(jì)算機(jī)原型。量子計(jì)算機(jī)最早由著名物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼提出，一開(kāi)始是從物理現(xiàn)象的模擬而來(lái)的。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)模擬量子現(xiàn)象時(shí)，因?yàn)辇嫶蟮南柌乜臻g使資料量也變得龐大，一個(gè)完好的模擬所需的運(yùn)算時(shí)間變得相當(dāng)可觀，甚至是不切實(shí)際的天文數(shù)字。費(fèi)曼當(dāng)時(shí)就想到，如果用量子系統(tǒng)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)來(lái)模擬量子現(xiàn)象，則運(yùn)算時(shí)間可大幅度減少。量子計(jì)算機(jī)的概念由此誕生。

2013年6月8日，由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士領(lǐng)銜的量子光學(xué)和量子信息團(tuán)隊(duì)首次成功實(shí)現(xiàn)了用量子計(jì)算機(jī)求解線(xiàn)性方程組。在此之前，美國(guó)麻省理工學(xué)院教授塞斯·羅伊德等提出了用于求解線(xiàn)性方程組的量子算法。

2015年9月29日，谷歌和美國(guó)國(guó)家航空航天局聯(lián)合建立的量子人工智能實(shí)驗(yàn)室裝備了最新一代量子計(jì)算機(jī)D-Wave 2X。它將被谷歌和美國(guó)國(guó)家航空航天局用來(lái)處理宇宙空間問(wèn)題模擬或者是氣候研究等雙方亟待處理的計(jì)算難題。D-Wave 2X可以使用1000個(gè)量子比特位，也就是說(shuō)與二進(jìn)制計(jì)算機(jī)相比，這一量子計(jì)算機(jī)可以認(rèn)為是“1000進(jìn)制”。但由于量子的不確定性，運(yùn)算速度無(wú)法直接進(jìn)行對(duì)比。雖然該實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)在測(cè)試新機(jī)器的能力，但外界對(duì)D-Wave 2X量子計(jì)算機(jī)能否真正取得效果持懷疑態(tài)度。

【責(zé)任編輯】張小萌