中国的量子科学发展及其对美国创新领导地位的挑战

美智库分析中国的量子科学发展及其对美国创新领导地位的挑战

编译：远望智库技术预警中心   李巧英

 目  录 

            摘要

            简介

            第二次量子革命

            中国的量子野心

            中国量子技术的优势

            中国量子进步的战略意义

            结论与建议

中国致力于成为量子科学强国。近几年，中国研究人员在基础研究持续进步和量子技术（包括量子密码、通信和计算）发展方面取得了卓越成绩，在量子雷达、传感、成像、计量和导航方面也取得了多项进展。这些突破证明中国的长期研究计划是成功的，该计划在积极培养量子科学顶尖人才的同时，也在该领域投入了大量资金。2016年8月中国发射了世界上第一颗量子卫星“墨子”，由此中国崛起为量子科学大国。此后，中国在量子通信和计算领域启动了新的国家“巨型项目”，证明这些技术拥有持续优先权。

中国领导层认识到了量子科技在增强国家经济和军事实力方面的战略潜力。

中国的最高层领导人认识到了量子科技在增强国家经济和军事实力上的战略潜力。中国在量子领域的野心与中国成为科技强国的国家战略目标交相辉映。在追求自主创新时，中国不想主要依赖“吸收”外国技术。在战略性新兴技术，包括生物技术和人工智能等方面，中国意在实现真正的突破性，甚至是源头性创新。随着中国提出军民融合的国家战略，这些关键技术也将广泛用于国防领域。尽管国际合作是推动全球科学进步的重要组成部分，但对中国而言，这些技术的敏感性及与之相关的战略目标可能导致其抛弃合作，使未来的“中国制造”创新成果仅限于中国使用。

显然，中国渴望引领随这些新技术而来的“第二次量子革命”。中国广泛使用已证明安全的量子保密通信和和量子通信，旨在创建至少在理论上“不可攻破”的新网络。在未来的几十年里，量子计算的实现将创造出巨大的计算能力，还有具有影响力的应用程序，能够破解诸多的加密类型。在这场竞争中，中国虽然是一个后来者，但这是一场要持续几十年的马拉松，而不是短跑，从长远来看中国科学家能够赶上，因为他们拥有无限的资源，并且最近又打破了量子比特纠缠新的世界纪录。同时，中国研究人员声称，他们在量子雷达、传感、成像、计量和导航等领域已经取得了显著进展，精准度和灵敏度大大提高。此外，对量子材料（如拓扑绝缘体）的早期研究表明，信息处理还有新的范式，这些已经应用于清洁能源，甚至可以用于量子计算路径中。

中国在量子科学方面取得的进展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。虽然我们还难以预测其实现的轨迹和时间框架，但这些可用于军民两用的量子技术可能会“抵消”美国的关键军事实力，对当今以信息为中心的战争方式(以美国模式为代表)所依赖的关键技术优势，会形成潜在削弱。随着中国将其最敏感的军事、政府和商业通信转换成量子网络，其信息安全性得以增强，尽管这些系统可能仍会受到攻击，但或许会挫败美国的网络间谍和获取信号情报努力。与此同时，中国转向应用量子密码会使中国在面对远方威胁时更从容，因为未来的量子计算机可能会利用肖尔的算法破解各种密码。相比之下，美国还没有大规模实现这些解决方案，在后量子加密的替代方案方面也没有取得进展。展望未来，如果中国成功成为量子计算的引领者，那么巨大的计算能力可以转换成战略优势，威胁敏感信息系统。与此同时，量子导航的应用可能使其不会过分依赖于天基系统，而量子雷达、成像和传感的实现将增强其领域保护及目标定位能力，使美国在隐形技术上的投入产生潜在贬值，届时中国甚至能够跟踪潜艇。总之，在军事力量新技术的前沿领域，这些进步可以让解放军成长为美国的真正劲敌。

中国量子科学的优势能够影响未来的军事和战略平衡，甚至超越美国传统的军事技术优势地位。

美国必须了解中国在这些技术上的发展轨迹，以及其潜在的军事和商业应用前景。作为回应，美国应在现有基础上倍加努力，通过增强创新生态系统的活力，继续保持在量子技术发展方面的引领地位，或者至少要成为主要竞争者。美国要在努力吸引和留住顶尖人才的同时，必须确保量子科技的基础和应用研发获得足够持续的资金支持。在此过程中，探索公私合作关系的新模式也至关重要。在继续探索后量子加密选择的同时，美国政府应该开始评估从目前普遍使用的加密方式向新体制过渡的军事和政府方面的成本及时间框架，这可能需要对相关的信息基础设施进行相当大的改造。美国国防部还应进一步分析现有的量子密码和通信形式对军事信息系统的安全效用。随着量子雷达、传感、成像、计量和导航技术越来越成熟，国防部也应该考虑对这些技术进行进一步的原型设计和试验。展望未来，尽管第二次量子革命的全面影响仍有待观察(一些怀疑也有道理)，但美国必须利用其在创新方面的已有优势，降低在这一领域出现技术突袭的长期风险。

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