三星聯合SK電訊釋出的量子通訊手機Galaxy A Quantum
自從去年9月,谷歌宣佈實現“量子霸權”以後,量子科技的發展明顯變快了。
競逐的國家選手基本就位。只看今年,美國在5月釋出了“量子網路的戰略構想”,佈局通用量子計算機的未來。德國方面,在6月擬投了20億歐元,扶持一系列科技行業,其中,就有對量子技術的實用化研究。到了7月,韓國三星聯手SK電訊,推出了全球第一款5G量子通訊手機。
中國也沒落後。政策上,國家支援的力度不小,在今年10月,中央政治局組織了集體學習,內容是關於量子科技的研究和應用前景。
實用化方面,尤其在“量子通訊”的應用上,瞭解該領域的人都知道,中國一直在領先地位。
大國都在佈局量子科技,這不是巧合。從技術的發展上看,未來可能有重大突破的,就是量子科技的領域。有人提出,它可能是下一個“工業革命”,這意味著 ,它將帶來一個新的時代。
不過,形成鮮明對比的是,普通人對它似乎不感興趣,量子科技遭遇了“官熱民冷”。追究起來,量子科技偉則偉矣,但是太“高冷”了,不少人還沒明白,它到底是個啥。
翻車了?讓人心酸又好笑的是,量子科技的實用化,它給人的第一印象似乎很壞。
到了11月24日,這款手機正式亮相了,但它招致的,更多是質疑與嘲笑。
這也難怪網友過激。“量子波動閱讀”的魔性場面,至今還令人印象深刻,“量子+”保健品的搭配,更是層出不窮久矣。—量子力學本身就難懂,多年來的噱頭營銷,讓消費者對它敬而遠之。
“別問,問就是量子力學”,“別問,問就是平行世界”,以及另一個流行語“遇事不決,量子力學”,調侃的都是同一類事實:太多浮誇或者虛假的商業行為,將好好的理論,變成了玄學。
但是這一次,來的是真傢伙。
量子通訊手機,並不只是中國有。今年5月,韓國的三星聯合SK電訊,釋出了量子通訊手機Galaxy A Quantum,半年內的銷量據說有30萬臺。
同樣是“製造商+運營商”的搭配,國盾量子和中國電信推出的這部,叫國盾安全手機(A2021H),目前公開的機型是由中興手機改造而來。
中國電信自不必說。國盾量子,全名“科大國盾量子技術股份有限公司”,發源於中科大、在科創板有“量子第一股”稱號,是一家量子科技公司。事實上,早在2018年,國盾量子就推出全球首款量子通訊手機,但它以政企使用者為主。
解決了信任問題,使用者們仍需瞭解,“量子通訊手機”究竟是什麼?
如果仔細留意,會發現這款手機“改名”了。最早推出時,媒體稱它“量子通訊手機”,但在官網和博覽會亮相時,它又叫“量子安全手機”。
用詞的差異,有偷樑換柱的嫌疑,但是,這不是企業的“鍋”。
如果顧名思義,“量子通訊”應該是指,利用量子承載和傳輸資訊,但“量子通訊手機”還做不到。現在的它,只用到了量子加密技術。
也就是說,使用者拿它打電話時,使用的仍然是經典通訊,但通話的內容多了一層“量子密碼”。所以,量子安全手機的說法更準確。下文將區分“量子通訊”和“量子加密通訊”,而兩者的混淆,是因為最早投入商用時,輿論命名的失誤。
“半成品”如果是叫“量子安全手機”,它的特點也就明顯了,安全,“無條件的安全”。意思是說,使用它收發的資訊,無論誰也不能破解。
因為“量子加密”的實現,是依據量子的物理特性決定的。
而量子的特性,就是“玄學”的一部分了。最大的原因是,量子級別的微觀世界裡,許多現象違背生活的常識。其次,對這些現象的解釋,現在的知識還很初級,很多時候“知其然,不知其所以然”。
“別問,問就是量子力學”,“別問,問就是平行世界”,以及另一個流行語“遇事不決,量子力學”,調侃的都是同一類事實:太多浮誇或者虛假的商業行為,將好好的理論,變成了玄學。
但“知其然”也是很夠用的,量子有三個經典的特性,它們都和“量子通訊”有關。
一是疊加態。薛定諤的貓,依然是最經典的比喻,假設盒子中有一隻貓,那麼在現實生活中,我們開啟這個盒子,就可以知道這隻貓是死是活。但如果這隻貓具有量子特性,我們在開啟盒子時,它有可能是活的,有可能是死的。盒子沒有開啟前呢?這隻貓處在死與活的兩種狀態。這就是疊加態。
二是糾纏性。假設有兩隻貓,它們是糾纏態的一對量子,那麼,無論它們相隔多遠,在我們開啟其中一隻貓的盒子時,發現它是活的,另一隻貓也一定是活的(或死的)。也就是說,我們確定了一隻貓的狀態,就能確定另一隻貓的狀態,無論這兩隻貓相隔多遠。
三是量子不可克隆原理。既死又活的一隻貓,在盒子開啟的那刻,它的狀態確定了。那就意味著,我們無法在觀測過後,克隆出原先狀態的另一隻貓。
量子的這些奇妙特點,讓它成為絕佳的加密工具。
資訊學的鼻祖夏農提出,有一種加密方法,可以確保無法破解。它要具備三個條件:一是密碼的字串隨機生成。二是密碼與明文一樣長,甚至更長,明文就是要保護的資訊。三是“一次一密”,每一次加密都換新的密碼。
但要知道,密碼是牢不可破了,可如果接收方也無法解密,那就沒有意義。因此,要將解密的辦法(金鑰)發給對方,還要保證過程的安全。這一點,量子加密通訊實現了。
如何實現的?利用光子的不同偏振態進行編碼。在通訊成功時,雙方產生相同的一串隨機數(金鑰)。接著,用金鑰加密明文,雙方就可以進行加密通話。
為什麼是“無條件安全”?在這裡,量子的特性起了作用。由於傳輸時的光子是疊加態的,那麼,即便它被盜取,也不能形成金鑰。—盜取無用。
另外,由於量子的不可克隆原理,竊聽者無法造出相同狀態的一批光子,也就不能“狸貓換太子”誘騙密碼。當然,要盜取傳送的全部光子,本身就是不可能的。
量子的特性決定,這種金鑰分發的技術不會被破解。但這尚屬理論的範疇,實驗室裡實現了多少,是另一回事。落到使用者手裡的技術有多少,更是另一回事。
第一步即將上市的量子安全手機,野心不小,但目標似乎定得不高。中國電信相關人士接受媒體採訪時說,計劃在未來5年內,量子加密通訊的使用者增加到100萬左右。
才100萬?比起中國的手機使用者數量,幾乎可以忽略不計。
硬體雖然少,但在當時看來,初步建成了“天—地”一體化通訊網路。對繼續研究和改進技術來說,或許是夠用了。據“中科院之聲”2017年的一篇文章介紹,“京滬幹線”全線路金鑰率大於20kbps,可以滿足上萬使用者的金鑰分發業務需求。
但現在,量子加密通訊要投入民用,“基礎設施”的不足,想必會是很大的掣肘。所以,理論的歸理論,目前能對使用者端實現的,在技術上有所“減配”。
因此,量子科技實用化邁出的這一步,很難有樂觀的預期。首先,目前的經典通訊也有很強的加密技術,對於“無條件安全”,有多少使用者是“剛需”呢?
更重要的是,對普通人而言,這項技術吸引力很小。第一,普通人首先要面對,它從聽起來酷炫的“量子通訊”,降級為“量子加密通訊”。第二,技術層面上,現在還沒有實現“量子中繼”,要藉助經典通訊的中繼站,就不是實際的“無條件安全”。第三,量子加密通訊的基礎設施還很少。第四,技術在手機端的進一步“減配”。
如此看來,五年內爭取到100萬用戶,這個目標雖然小,但是卻是務實的。
量子安全手機在此刻出現,更容易讓人感受到的,是它的象徵意義:量子科技,從此開始走入尋常生活。
在路上或許可以換種說法,量子安全手機不是“當下”的產品,它更像是一款面向未來需求的手機。
尤其是在去年9月,谷歌實現量子霸權後,“無條件的安全”通訊,其必要性更明顯了。這是因為,量子霸權一旦實用化,其強大的算力可能破解現在的加密技術(只是可能性,現在學界亦有爭議)。
量子安全手機在此刻出現,更容易讓人感受到的,是它的象徵意義:量子科技,從此開始走入尋常生活。
量子霸權也叫量子優勢,屬於“量子計算”領域。它的意思是,在一些特定的演算法上,量子計算機比經典計算機有碾壓式的優勢。
優勢有多大?谷歌在去年宣佈時說,在解決一個演算法時,目前最強的經典計算機需要計算10000年,而他們的53位量子位元的計算機,只需要3分20秒。
其中的差距,來自量子位元與經典位元的不同。因為量子的特性,一個量子位元可以同時是1或0,而經典位元只能是1或0。這就導致,n個經典位元,只能承載一個資訊,而n個量子位元,可以承載2的n次方個資訊。
因為這個特性,量子在計算與儲存領域有巨大潛力。目前知道的是,在理論上,因式分解兩個大素數的乘積值,是量子計算所擅長的。
然而,這個理論上可破解的演算法,正是目前最流行的經典加密技術“RSA加密”。那就是說,如果現在有一臺通用量子計算機,那麼對它而言,網路上大部分的真實資訊都在“裸奔”。
RSA演算法被量子計算破解,現在還只是在理論上的,大可不必感到焦慮。而且,要製造有實用價值的量子計算機,它要經過的路,不見得比量子通訊短。這些,都只是正在發展的未來技術。
但很明顯,未雨綢繆是必要的。
量子科技應用還有很多,除了加密技術和量子計算,最具有科幻感的就是“量子隱形傳態”了,它是基於量子糾纏的一個應用設想。
如果量子糾纏存在,那麼對糾纏態的一對量子,無論它們距離多遠,都可以把a處的狀態,“傳送”到b處。
是否有些熟悉?對,嚴格來說,它才應該叫量子通訊技術。但在目前,它遠遠不能實用化。
未來正在路上,但這條路要走多久,尚未可知。11月18日,在一個高峰論壇上,中國科學院院士潘建偉說,量子加密通訊的大規模商用,以及可用的量子計算機的實現,據他預計,大概要有20~30年時間。
量子科技的發展比想象中快。對今天的人來說,完全無法想象的事物,正在加速變成現實。
但這也不奇怪了。畢竟,如果我們回到30年前,在上世紀90年代的中國,人們使用的還是1G網路的“大哥大”呢。