兰德《量子技术应用时间表》距离军用还有时间中美竞争未分伯仲.docx

《兰德《量子技术应用时间表》距离军用还有时间中美竞争未分伯仲.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《兰德《量子技术应用时间表》距离军用还有时间中美竞争未分伯仲.docx（15页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、兰德量子技术应用时间表距离军用还有时间，中美竞争未分伯仲目录目录1编者按1?类别及影响：量子技术类别以及对国家安全的影响2?量子传感2?量子通信技术：加密通信2?量子计算2?时间表：影响最大的量子技术还需要很多年2?谁来领导？还是未知数3?美国是量子计算的世界领先者3?中国是量子通信的世界领先者4?欧盟及其他国家优势4?中国成为唯一在两条技术路线上达到“量子优越性”里程碑国家4?美国国家反情报与安全中心：重点保护美国5项关键和新兴技术7?主要内容及关键词75.2.前述7?中美竞争五个核心领域8?人工智能8?量子信息科技82tn?22tn生物经济99t半导体9?自主系统(AutonomousSy

2、stems)10?缓解风险10?组织机构可以采取的减轻反情报风险的基本步骤10?个人可以采取的减轻反情报风险的基本步骤11?结语11编者按2021年10月28日兰德公司发布研究报告量子技术的商业和军事应用及时间表(CommercialandMilitaryApplicationsandTimelinesforQuantumTechnology)o报告概述了量子技术的现状及其潜在的商业和军事应用，以及对国家安全的的重大影响，并列出量子技术应用的时间表。类别及影响：量子技术类别以及对国家安全的影响量子力学是描述微观粒子行为的物理学领域。在这一小于几纳米的微观世界中，解析新的物理效应非常重要。目前可

3、利用的几种效应的设备都已经能远远超过现有设备的能力。当前的量子技术分为三大类，分别是量子传感、量子通信和量子计算。量子传感量子传感是近期最具应用潜力的量子技术应用，主要指的是利用量子力学构建极其精确的传感器的能力。主要军事应用以及对国家安全的影响包括：(1)侦察和定位。大多数量子传感的应用集中在侦察和定位。军方最为感兴趣的一个应用是：在没有GPS的环境下进行导航，灵敏的重力仪或磁力仪可以再无需任何外部通信的借助下，对当地的磁场进行精确测量。(2)量子成像。量子传感另一类应用是量子成像，包括可见光和射频辐射的检测(即量子雷达)，量子雷达可以将雷达的最大射程提高41%,对“隐形飞机”尤其有效。量子

4、通信技术：加密通信量子通信技术的主要近期应用是防止窃听，这主要利用的是一种称为量子密钥分发(QKD)的安全传输方式。长期应用包括将量子计算机和传感器联网。主要军事应用以及对国家安全的影响包括：量子通信技术可以使用量子密匙分发(QKD)来保护敏感的加密通信，使其免受恶意拦截，但是英国政府通信主管部门建议政府或军方不要采用QND,并得到了美国安全局的认可。原因是他们认为QAD在通信链上存在潜在的漏洞，易受到攻击。另一方面，中国、欧洲和日本却在积极部署QKD,当前呈现两派阵营。量子计算量子计算理论上是指计算机从可以比标准计算机更快地执行某些计算，从而使得在标准计算机上完全无法解决的某些问题在量子计算

5、机上或许变得可行。主要军事应用以及对国家安全的影响：理论上讲，量子计算最终可能对国家安全产生最严重的影响。能够在当前加密中部署Shor算法的大型量子计算机将对几乎所有互联网的安全产生毁灭性影响。但是能运行这种算法的量子计算机还需要十多年的时间才能发展出来，总的来说，由于技术尚未成形，其对军事和情报界的影响尚小，而且很多都是间接的，是通过改善科学和生物医学知识的总体经济效益发生的。时间表：影响最大的量子技术还需要很多年量子技术的应用主要取决于“量子纠缠的程度。大多数量子传感应用只需要很少的可控量子纠缠，因此在未来几年内，量子传感可能会在商业或军事上有所运用。量子通信是一种中间情况，因为有一些协议

6、使用量子纠缠，有些则不使用，不基于纠缠的量子通信技术已经少量应用在商业领域，但是基于纠缠的量子通信还需要几年时间，距离最有用的军事和商业应用，还需要发展很多年。量子计算是最具技术挑战性的，因为它需要高度的量子纠缠，未来几年量子计算机技术可能会有合适的应用领域，但想要把它应用于所有目前已知的领域，可能至少需要十年时间。?.谁来领导？还是未知数美国、中国、欧盟、英国和加拿大都有具体的国家举措来鼓励量子相关的研究。?.1.美国是量子计算的世界领先者美国的国家量子计划法案(NationalQuantuminitiativeAct)是最近的一项法案，已于2018年12月签署成为法律。直到21世纪10年代

7、早期，几乎所有的量子研发投资都是由政府资助的。2012年左右，私人部门投资开始大幅增长，并在2016年左右加速。2015年，美国政府对量子技术研究的总投资最多，高达4亿美元。在量子计算方面，美国显然是世界领先者。谷歌、IBM和一家名为lonQ的初创公司制造了最大的量子计算机(具有50个或更多高质量量子比特)。?2中国是量子通信的世界领先者在量子通信领域，中国是世界领先者。中国是世界上唯一一个部署了能够与地面进行量子通信的卫星的国家，并且中国已经在北京和上海之间建立了广泛的QKD光纤网络。尽管中国企业阿里巴巴正在投资量子计算，但它尚未宣布具有量子比特计数的计算机（或任何其他质量指标）能达到美国水

8、平。与美国不同，中国在量子计算方面的几乎所有投资似乎都来自政府，而不是私人公司。中国每年投入2.44亿美元用于量子技术研发，其中正在大力商业化量子技术，包括安全通信，但关于私人融资交易的信息很少，且往往不会报告金额。根据2017年的一份报告，中国人正在合肥建造一座大型专用量子研究设施，据称耗资100亿美元。?.3,欧盟及其他国家优势整个欧盟在量子技术方面预估投资了6亿美元，其中德国是1.33亿美元，英国是1.17亿美元。加拿大也是量子技术的世界领先者，尤其是滑铁卢大学。滑铁卢大学周围有很多量子初创企业，因此该地区被称为量子谷，而一个被称为量子谷投资的关联风险投资基金专门致力于量子技术。值得注意

9、的是，其量子研发投资中相对较高的比例来自私人而非政府来源，全球私营企业投资最多的便是加拿大的量子公司D-WaveSystemso?.中国成为唯一在两条技术路线上达到“量子优越性”里程碑国家2021年10月26日，中国科学技术大学官网显示，中科院量子信息与量子科技创新研究院潘建伟、朱晓波、彭承志等组成的研究团队与中科院上海技术物理研究所合作构建的66比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之二号”实现了量子计算优越性。这一成果是我国继光量子计算原型机“九章”后在超导量子比特体系首次达到“量子计算优越性”里程碑，使得我国成为目前唯一同时在两种物理体系都达到这一里程碑的国家。(b)FIG.1.Device

10、schematicoftheZuchongzhiquantumproces-sor.(a)TheZuchongzhiquantumprocessorconsistsoftwosapphirechips.Onecames66qubitsand110couplers,andeachqubitcouplestofourneighboringqubitsexceptthoseattheboundaries.Theotherhoststhereadoutcomponentsandcontrollinesaswellaswiring.Thesetwochipsarealignedandboundedtog

11、etherwithindiumbumps.SeeSupplementalMaterialfordetailsaboutthequantumprocessordesignandfabrication,whichincludesRefs.44-47(b)Simplifiedcircuitschematicofthequbitandcoupler.祖冲之二号量子处理器图相关论文包括发表物理评论快报的StrongQuantumComputationalAdvantageUsingaSuperconductingQuantumProcessor(使用超导量子处理器实现强大的量子计算优越性)以及发布在科学

12、通报上的QuantumComputationalAdvantagevia60-Qubit24-CyclcRandomCircuitSampling（通过60量子比特24周期随机线路取样实现量子计算优越性）。量子计算发展有三步：第一是实现量子计算优越性，需要相干操纵50个以上量子比特；第二是制成实用量子模拟机，需要相干操纵数百到数千量子比特；最后，制成通用量子计算机，需要相干操纵数百万量子比特。“量子计算优越性”又叫“量子霸权”，量子计算发展的第一个里程碑。其含义是指量子计算机对特定问题的求解以压倒性的速度超过任何经典计算机，以至于经典计算机无法在合理的时间内完成任务。此项研究使用量子随机线路取

13、样作为衡量量子计算机整体能力的指标祖冲之二号处理的量子随机线路取样问题的速度比目前最快的超级计算机快7个数量级，计算复杂度比谷歌公开报道的53比特超导量子计算原型机“悬铃木”提高了6个数量级（“悬铃木”处理“量子随机线路取样”问题比经典超算快2个数量级）。io-43一-10101超K举1比特数n=60拟合+PatchXElided160年I16000年10-4I11111216202224线路深度，m量子随机线路取样保真度随线路深度的变化及目前最快的超级计算机“富岳”完成相同任务需要的时间超导量子比特是国际公认的有望实现可扩展量子计算的物理体系之一。潘建伟、朱晓波、彭承志等长期瞄准超导量子计算

14、领域，于2021年5月构建了当时国际上量子比特数目最多的62比特超导量子计算原型机“祖冲之号”，并实现了可编程的二维量子行走Science372,948（202l）o团队在“祖冲之号”的基础上，采用全新的倒装焊3D封装工艺，解决了大规模比特集成的问题，研制成功“祖冲之二号”，实现了66个数据比特、U0个耦合比特、II路读取的高密度集成，最大态空间维度达到了1019。“祖冲之二号”采用可调耦合架构，实现了比特间耦合强度的快速、精确可调,可实现高保真单量子比特门（平均99.86%）和双量子比特门（99.41%）以及读出（平均95.48%）,显著提高了并行量子门操作的保真度。通过量子编程的方式，研究

15、人员实现了对量子随机线路取样，演示了“祖冲之二号”可用于执行任意量子算法的编程能力。根据目前已公开的最优化经典算法，“祖冲之二号”处理量子随机线路取样问题的速度比目前最快的超级计算机快7个数量级，计算复杂度较谷歌“悬铃木”提高了6个数量级。量子计算优越性的成功演示标志着量子计算研究进入到发展的第二阶段，开始量子纠错和近期应用的探索。“祖冲之二号”采用二维网格比特排布芯片架构，直接兼容表面码量子纠错算法，为量子纠错并进一步实现通用量子计算奠定了基础。同时，“祖冲之二号”的并行高保真度量子门操控能力和完全可编程能力，有望在特定领域找到有实用价值的应用，预期应用包括量子机器学习、量子化学、量子近似优化等。?.美国国家反情报与安全中心：重点保护美国5项关键和新兴技术2021年1()月22