兰德公司2021年军民两用量子技术主题报告评述（图）

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随着中美两国竞争从贸易和投资转向以先进“军民两用技术”为核心的博弈，中美两国都在进行广泛动员以实现在关键领域的关键突破。

2021年由兰德公司爱德华•帕克（Edward Parker）主笔的报告“Commercial and Military Applications and Timelines for Quantum Technology”正式出版。报告概述了量子技术的现状及潜在的商业、军事应用价值。作者讨论了量子技术的三大表现：量子传感、量子通信、量子计算，分析涉及了可能的商业前景、主要国际玩家以及这些新兴技术对国家安全的潜在影响。报告基于对现有学术文献、新闻报道和政府文件的研析而成。由于兰德公司具有美国军方的背景，所以这一报告值得关注。

报告指出，大多数量子技术仍处于实验阶段。在未来几年内，量子传感的应用可能在商业或军事上爆发能量。尽管量子通信技术有限的商业部署已经存在，但军事用途的展开仍需要时间。同样，未来可能会加速量子计算机的应用，但所有已知的应用落地至少还需十年时间。

量子传感是指利用量子力学构建极其精确的传感器。这被认为是具有现实操作潜力的量子技术应用。量子通信技术的近期应用主要在保密行业上防止窃听，维护通信安全，这会通过一种称为量子密钥分发 （QKD）的方法实现。长期应用包括将量子计算机和传感器联网。量子计算是指计算原则上可比标准计算机更快地执行某些计算。在标准计算机上完全无法解决的某些问题在量子计算机上会变得可行。量子传感的一些应用包括定位、导航、计时以及布置可能的情报、监视和侦察网络（intelligence, surveillance, and reconnaissance，ISR）。量子通信技术可以使用 QKD 保护敏感的加密通信免受恶意拦截。量子计算则最终可能对国家安全产生明显的影响。能够在当前加密中部署“Shor”算法的大型量子计算机将对近乎所有互联网安全领域产生革命性的影响。量子技术没有明确的全球领导者。从现有的2015年统计资料看，欧盟以6.1亿美元投资位列第一，美国这一数字是4亿美元，而中国是2.4亿美元，中国位列全球第三。美国、中国、欧盟、英国、加拿大都有具体的国家举措鼓励量子技术的相关研究。美国和中国在总体支出和重要技术示范方面占主导地位，加拿大、英国和欧盟在某些子领域处于领先地位。

中国是量子通信的世界领先者，美国是量子计算的世界领先者。全球影响最大的量子技术出台还需要很多年。在未来几年内，量子传感的应用可能会在商业或军事上首先实现突破。量子通信技术的有限商业部署已经在进行之中，但最具有价值的军事和商业应用还需要很多年时间。未来几年，可能会有量子计算机的基础性应用，但所有目前已知的应用可能至少需要十年时间才能得以展开。

量子技术的每个子领域都可能是革命性的，这不仅指向国家安全还包括众多私营领域。大多数与国家安全相关的量子传感应用,反映在 ISR、 PNT（positioning, navigation, and timing）等。比如，量子雷达原则上可以增加目前先进雷达覆盖范围的41%强，并可对隐形飞机有较强的侦测定位能力。然而，这种能力可能需要很多年才能实现，而且可能永远不会有具体的实际运用。对此，美国国防科学委员会得出结论称，“量子雷达将不向国防部增加实际战斗能力”。目前，量子雷达成像技术可以改善透过云层和烟雾的 ISR效能。敏感的原子钟可以改进基于 GPS 的定位、磁力、重力效果，可以允许用于通过地球磁场在 GPS不覆盖的环境下实现导航。美空军得出的结论称，随着发展，这些技术可能会在未来几年内成熟。在短期内，量子通信技术可以使用QKD 保护敏感的军事、政府或商业加密通信，应对敌方拦截。

从理论上讲，量子计算最终或严重影响国家安全。一种大规模量子计算机能在当前的商业级加密上部署“Shor”算法（例如 2048位RSA）将对几乎所有互联网的安全构成新的压力。如果无可靠加密，在线私密通讯将变得不可能，这将使在线商务或其他金融交易没有办法安全地传输付款信息，并且会使电子邮件对敏感信息出现无效传输。

在量子通信方面，中国无疑是世界领先者。中国是世界上唯一部署了能与地面进行量子通信的卫星，中国政府已经为 QKD 在京沪建立了广泛的光纤网络。科学家潘建伟几乎参与了所有的研究，推动了中国在量子通信和光子学的技术突破。在量子计算方面，美国无疑是世界领先者。美国拥有最大的量子计算机（具有 50 或更多高质量量子位），由谷歌、IBM和一家名为“IonQ”的公司共同领导。其他参与方包括霍尼韦尔、微软以及一批初创企业，如 Rigetti、ColdQuanta 、PsiQuantum。另一个著名的量子计算研究机构是加拿大的滑铁卢公司“D-Wave”。谷歌、洛克希德•马丁公司和美国国家航空航天局 （NASA）追逐超过 2000 个量子比特的“D-Wave”。然而，许多量子计算的学术研究人员对“D-Wave”的计算性能持怀疑态度，因为它的量子位质量远低于其他计算机的量子位。中国阿里巴巴正投资研发量子计算，但尚未宣布量子位计数（或任何其他质量指标）。与美国不同，几乎所有中国量子计算的投资是来自政府而非是私营公司。

报告最后指出，量子计算机的近期影响有时被夸大。量子计算机还没有任何可靠保证的应用程序，但模拟科学研究看起来很有前途，可能会产生重大的经济影响。量子传感器更有可能接近商业部署或可在远距离实现成像、计时以及感应电场、磁场和重力场等，实现商业和军事应用。QKD原则上可以改进通信安全以防止窃听，但不少美英国专家怀疑它在实践中是否有用。更远的未来，更复杂的量子通信技术可实现将量子计算机和网络连接在一起的传感器，但这些网络仍处于早期的发展阶段。目前，美国以及紧随其后的加拿大、英国和欧盟是量子传感和计算领域的领导者。中国有选择地将其研究工作重点放在量子通信上，并且被广泛地认为是该子领域的世界领先者。美中经济与安全审查委员会认为中国在量子技术方面具有明显领先优势。未来，中美在量子信息与技术方面将会是对手。

从这一报告可以看出，量子技术以及运用是美国智库关注的重点之一。随着中美两国竞争从贸易和投资转向以先进“军民两用技术”为核心的博弈，中美两国都在进行广泛动员以实现在关键领域的关键突破。这里中美方各自拥有优势，但美国依然称中国是靠“举国体制”力量才能实现优势。其实，在未来，中美在组织要素和力量动员模式上的争论会变得越发微弱，中美将真正实现在未来技术上的分治，在各自擅长领域做出创造性的突破，这可能会在不成文的默契中成为人类技术文明走势的福音。

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