新华社北京３月８日电  新闻分析：量子计算“７２变”　量子霸权还有多远

新华社记者 黄堃 郭爽

全球关注的量子霸权争夺战本周出现重大进展，美国量子人工智能实验室在洛杉矶举行的美国物理学会年会上发布了７２个量子比特的量子处理器。那么，专家如何看待量子计算已可“７２变”的意义？量子霸权还有多远？

　　公布信息有限　相信确有进展

量子人工智能实验室由谷歌公司联合美国航天局等成立。该实验室称这款名为“狐尾松”的量子处理器有７２个量子比特，并披露了布局结构等方面的一些信息。

量子比特是量子计算机的基本单位，与传统计算机中每个比特只有０和１两种状态不同，每个量子比特可以处于多个状态，因此量子计算机具有更强大的计算能力。

过去业界认为如能有效操纵５０个左右的量子比特，计算能力就能超过最强大的传统超级计算机，实现相对传统计算机的“霸权”。“狐尾松”处理器拥有“７２变”，被广泛认为能在计算领域“大闹天宫”了。

“但一些报道没有注意到的是，这个芯片的质量参数还没有确定，”阿里云首席量子科学家施尧耘告诉新华社记者，“光看数量是不够的，比如Ｄ－Ｗａｖｅ公司去年就推出了２０４８个量子比特的芯片，但没有这么大反响，故而谈数量时也必须谈质量。”

美国国际商用机器公司（ＩＢＭ）研究院负责认知、区块链和量子解决方案的副总裁罗伯特·苏托尔日前也提出，拥有５０个优质量子比特远远优于拥有２０００个质量欠佳的量子比特。

曾在美国从事量子研究多年的施尧耘说，目前谷歌方面公布的专业信息还不多，但“鉴于该研究组严谨的科学纪律”，相信他们取得了重要进展。

新加坡国立大学量子技术中心从事量子计算研究的郑一聪博士告诉新华社记者，虽然谷歌还只是发了一个新闻公报，没有公布太多具体数据，更没有发表论文，“但从目前的信息来看，谷歌现在应该确实有７２个量子比特的处理器”。

　　研发或现转折　有望实现“霸权”

郑一聪说：“这７２个量子比特的布局结构是一个非常规范的二维阵列，可以扩展。如果在这种结构上实现了低错误率，则说明可以进一步利用更多的量子比特来进行量子计算。”

此前谷歌发布过９个量子比特的处理器，实现了１％的读数错误率、０．１％的单量子比特门错误率、０．６％的双量子比特门错误率。但量子比特增加到７２个，使得精确控制的难度比以前要大很多，现在谷歌正在争取让７２个量子比特处理器的错误率也降到９个量子比特的处理器的水平。

施尧耘也说：“这可能是量子计算研发的转折点，有可能在这个基础上探索出规模化量子芯片的技术，从而实现量子计算的飞跃，成功研发出真正意义的量子计算机。”

那对于许多人关心的量子霸权问题，“狐尾松”实现这个目标了吗？

谷歌自己的说法是，这种量子处理器有望在未来实现量子霸权。施尧耘认为，相关团队有望在１到２年内让“狐尾松”的错误率降到与９个量子比特的处理器一样。郑一聪认为，这种７２个量子比特处理器确实有实现量子霸权的潜力，在几个月后也许能听到相关消息。

　　群雄仍在逐鹿　结果难以预估

量子计算在未来有巨大潜力，传统计算机需要算１００年才能破解的问题，量子计算机真正问世后可能只需要１秒钟，这将给保密、金融、材料研发等方面带来深远影响。这正是近来的“量子霸权争夺战”受到广泛瞩目的根本原因。

国际上除了谷歌外，还有ＩＢＭ、英特尔、微软等多家行业巨头在互相竞争。比如ＩＢＭ在去年１１月推出了全球首款５０个量子比特的量子计算机原型机，并于上周公开展示了这一原型机和内部结构图。

中国许多机构也在量子计算领域大力投入，并已取得一些成果。比如中国科学技术大学潘建伟团队在去年实现了多光子可编程量子计算原型机，演示了超越早期传统计算机的量子计算能力。百度８日宣布成立量子计算研究所，成为最新入局的巨头。

可以预见，实现量子霸权，人类计算能力将迎来飞跃。美国市场分析企业“通信业研究员”认为，量子计算机市场未来将迎来巨大商机，其市场收益２０２３年将达１９亿美元，且２０２７年有望升至８０亿美元。

此前业界有观点认为，２０１８年可能会有研究机构实现量子霸权，但目前还没有任何一家机构公开宣称已经达到这个目标。郑一聪说，现在谷歌以“狐尾松”处理器在这场竞争中领先，但最终鹿死谁手难以预测，因为可能会存在一些无法预估的困难，对量子霸权争夺战的结果还需拭目以待。

本文由我身边一个技术大牛撰写，非本人作品，个人觉得这篇文章以通俗易懂的例子简单粗暴地阐述了量子密钥分发网络的工作原理，如果大家觉得不错，请赞起来。

通过对量子密钥分发网络的技术交流和查询了资料，自己大概有了个初步认识。如果要在这块发展，必须自己先理解透彻，但感觉现有的一些交流对于非技术人员很难理解，因此尝试用一个相对通俗易懂的故事来表达，有些不到位后面随着进一步学习再来修改完善。

话说最开始，人们为了在东西传递过程中实现保密不被窃取，想了一个办法， 就是把快递的东西装在一个坚固的盒子里，然后加上一把锁，这把锁有两个一模一样的钥匙（对称密钥），发件人拿一把、收件人拿一把，发件人用钥匙把锁锁上，收件人收到后拿同样的钥匙打开就完成了闭环。这样的好处是每次的钥匙可以都不一样，要破解的难度大，不好之处在于钥匙的管理，如果收件人要收很多快递就有一大堆钥匙要管理，而且每次寄件之前双方还得先来回跑几次协调好用那一把钥匙（长期用一把钥匙很容易被窃取）。当然也发展出一些离线钥匙的技术，就是用两个大箱子按固定顺序各装上1万把钥匙，每次按事先约定的序号用一把，直到箱子钥匙全部用完再换两个箱子。但总体来说这种对称钥匙的方式使用比较复杂。

于是就发展出来一个镖局模式（非对称密钥），每个收件人固定一个收件信箱（公开密钥）和一把信箱钥匙（私人密钥），这个地址所有人都知道，寄的人只要知道这个这个地址就可以给收件人寄东西，这个寄的过程中也通过快递镖局（IPSEC VPN等）和一些专业的镖箱加固设备（RSA协议等），以及通过发件人的印签（数字认证）来保障快递件的安全传达、不被窃取和真实可靠，收件人收到后用自己的私人钥匙可以打开所有的快递，减少了管理钥匙的难度。虽然随着劫镖的人武功提升和拆加固设备（RSA破解）的技术提升出现了风险，但镖局通过提升镖师武艺、加强加固设备（增加RSA密钥位数）等方式加以应对，整体上镖局（非对称密钥）模式还是快递业相对比较安全，应用比较广的一种模式。期间，中原官府还有感于镖师所用武艺都是西域少林武功、容易被西域知道破绽，加固设备也是舶来品存在风险，而发起了国密、信创等行动，但原理基本上都是类似的。

，江湖人士发明了黑火药，中原和西域、大理等国纷纷要抢夺“黑火药霸权”，其中又以黑火药大炮（量子计算）为甚，大炮一出，所有镖师化为乌有，镖箱加固设备更是不堪一击，一时间风声鹤唳，纷纷开始考虑如何应对黑火药大炮，最终的方案就是“黑火药钥匙镖局模式“，还是以镖局模式为基础，主要思路有两点：

1、利用黑火药的不可复用性建立自毁装置，一旦中间被劫镖了启动自毁，就算有人伪装镖师也能一眼发现信息被窃取了；

2、改用对称钥匙机制，从而增加破解难度，但为了方便钥匙管理和防止钥匙被窃取，需要再做事情：

（1）建立一个钥匙镖局，钥匙与货物分开押镖，货物仍由传统镖局（现有数字化传输和应用体系）配送，但都要由钥匙镖局来上锁。钥匙镖局专门用来给客户制造配对的钥匙（密码机），并且接受钥匙快递服务（密码分发），不用客户自己来回商量，这个钥匙镖局还是跟其他的镖局用一样的驿站通道（光纤网络），也受限于驿站通道的容量和传达速度，所以很希望找官府合作建一条自己专用的钥匙快递道路（借用原官道（光纤传输网络）划一块，额外开辟一条钥匙专用递送通道（密钥分发网络，量子保密网络）），同时开辟飞剑传钥（卫星）、分鸽传钥（5G）等通道，构建一张钥匙快递网络，网络覆盖到哪里，钥匙快递服务就能做到哪里；

（2）为了保证钥匙快递过程中，钥匙不被窃取，也需要给钥匙加上自毁装置。

在这个过程中，江湖上又发展出几种类型的 “黑火药钥匙镖局“：

1、第一类镖局，真正具备黑火药自毁装置的研发能力，而且将其应用到钥匙分发过程中，这个技术也是各国都在研究中，少量名门正派才有这个实力；

2、但由于黑火药（量子、光子）制造的技术难度大、工艺复杂，所以基于黑火药的自毁装置一般体积要求大，使用过程中需要专门的设备（光子生成设备、单光子探测器等），现阶段工艺很难在传统的镖箱上(现有硅基集成电路)实现，因此只能加以精简：

（1）一种，只用利用黑火药来制作配对的钥匙（密码机，这个工艺比较简单容易实现，但也有其他工艺（其他国产密码机）可以做，当然黑火药做出来的钥匙比其他工艺做出来的样式更多种，更难被仿制），押镖过程中还是用普通的镖箱（集成电路芯片）把钥匙，通过建好的钥匙快递通道 （密钥分发网络）

（2）还有一种，就是直接挂着黑火药的名义，做着普通的生产钥匙、提供钥匙快递的业务，跟普通的镖局没有区别，就是专注做钥匙、送钥匙这个安全保密领域的业务而已。

1、黑火药钥匙镖局（量子密钥分发网络） 是为了应对将来 黑火药大炮（量子计算）真正出现后而产生的一种被动安全防御机制，一是采用原有快递模式里面的成对钥匙机制，但独立建立了一个独立的镖局，来帮各个领域的客户制造钥匙（包括利用黑火药技术来造钥匙）和分发钥匙，二是利用黑火药实现自毁，达到不可窃取的目的；

2、由于黑火药自毁技术的难度大，设备体积大、使用要求高，还在探索阶段。所以更成熟的应用是用黑火药造钥匙，以及最核心的构建钥匙快递通道（密钥分发网络）；

3、钥匙快递通道（密钥分发网络） 跟 黑火药 不是密切相关的，但是最容易实现的，而且可以形成实体资产、吸引资本投资，当然挂上黑火药的名义更加难以理解，就更加容易得到资源；

4、所以说黑火药技术能够跟任何行业原有的镖局结合，因为只是单独在做钥匙制作和钥匙快递分配这样一个工作，镖局走的通道（传输网络）也是单独修建的，可以认为是独立的一套体系。同时，它也不能解决比如邮寄毒药（系统病毒、入侵）这种安全问题，因为它只是解决钥匙分发和自毁问题，镖箱（网络传输的数据包）里到底装的啥它是管不到的，也无法去阻止（包括网络安全也只是基于原本深信服等安全厂家已经做的基础工作，叠加量子密钥加解密）。

（1）黑火药最大的价值是自毁，但应用难度大，所以主要应用在于钥匙制作和分发，并为此单独修了一个镖局通道，但抛开黑火药这个头衔，在黑火药大炮（量子计算）真正普及前，其实跟传统的镖局（Ipsec VPN，SSL，甚至国密）使用效果差别并没那么大，还多了专用通道的投入。当然提前布局、抢占这种钥匙快递通道资产是一种发展模式。

（2）所以应用最广的还是 官府（政府机构）、军队（军工）、钱庄（金融）这种押送物比较贵重的行业，其他领域的需求还需要培养，而且如果费用比其他传统镖局高太多的情况下也不一定好推广。

（3）而且每个 黑火药钥匙镖局 业务的范围 受到其镖局通道覆盖范围的应用，不同省份、不同行业建立的镖局业务无法互通，通道没涵盖到的地方无法在线使用（因为没法把成对的钥匙分发到双方手上，离线方式实质上也就是两个大钥匙箱的模式），当然有了信鸽（卫星、5G）能通达的范围更广了，但还是会受到范围的制约，除非建立一个全国钥匙快递总镖局（全国性量子密钥分发网络）。这就是在重庆建的网不能在湖北用的原因，除非两者愿意互相联通。而且钥匙没送到或者被截取了，就算货物送到了也照样用不了。

1、量子技术跟黑火药一样，应该是一种划时代的技术，但还远没到成熟的阶段。

2、现阶段的应用更多侧重于密钥生成和密钥分发，甚至密钥分发都不一定跟量子有关系，大部分应用可以认为只是在量子名义下的一种在线对称密码加解密体系而已，在这个前提下去跟各个行业领域原有的体系叠加（包括传输网络、云平台、各种应用系统）提升其安全性，因为它就是一个底层数据传输加密和仿窃取用的东西。

3、但不得不说这是一个很好的题材，尤其是在国家重视密码和安全，物联网、车辆网安全的前提下，叠加了量子概念（当然很有可能根本就没用到任何量子技术，至少真正的量子是要用到光子产生和探测设备，不是光一个集成电路芯片就能实现的）的密码安全体系更容易拉到投资，尤其是建立密钥分发网络通道时可以把线下的实体通信资源（光纤、无线）等拢到自己手上，形成垄断资源和区域垄断地位，定位在信息和数据安全方面，重点面向 党政军、金融客户客户发展，适情拓展其他有强安全需求的客户和场景（或者说由政策形成的强安全需求），这也是一种好的商业模式。

4、当然面向其他客户时需要有一个合适的定价策略，否则对懂行的客户来说，还不如低价采用现有已经很成熟的非对称密钥IPsec、SSL VPN体系。

5、另外密码机方面，基于量子的密码机应该可以去拓展国产密码机市场，只是不知道价格有没有优势。

黑火药除了做自毁装置外，其实还可以用来促进日常生产（量子导航、量子测量等），更不用说用来做武器（量子计算）了。所以黑火药是好技术，但如果西方都在研究真正的大炮时，中原还在琢磨怎么做烟花爆竹赚钱的话，说不定将来又是一场悲哀了。

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