量子技術將為中西情報與安全關係帶來顛覆變革

作者 | 發布日期 2021 年 05 月 08 日 8:00 | 分類 中國觀察 , 尖端科技 , 量子電腦 Telegram share ! follow us in feedly


分析認為,中國大力發展的量子電腦和量子衛星支援的通訊網路將給中國的情報偵察和保密能力帶來飛躍式的提升。同時,中國量子通訊網路對衛星的依賴也可能給美國兩國帶來在空間領域合作的動力。

美國企業研究所(AEI)4月底發表有關量子計算與國家安全問題的報告說,如果美國的對手在美國的網路防禦能力升級之前取得量子計算能力優勢,美國的國家安全防禦可能變得脆弱。

而就在不久前,英國情報機構政府通信總部(GCHQ)負責人傑里米·弗萊明(Jeremy Fleming)4月23日在一次公開演講中表示,量子計算正在給西方國家帶來潛在的風險,西方國家的對手可能會利用量子計算破壞現代加密技術。

他說:「這意味著我們需要走在前面——我們需要設計抗量子算法,我們需要設計出能防範量子技術的網路安全方法,以便為未來做好準備。一些對手以後可能會利用量子電腦回頭研究我們現在認為是安全的東西,我們要為此做好準備。」

「超強破解」與「絕對安全」
基於量子科技的加密技術的正反面

美英等西方國家的擔憂反映了量子科技對國家安全和情報工作「攻」、「守」的兩面的變革。

從「攻」來說,以量子計算為代表的算力正在威脅現有的傳統密碼體系,這一判斷已經是主要密碼技術國家的共識。

軍事與情報技術專家、布魯金斯學會訪問研究員湯姆·斯蒂芬尼克(Tom Stefanick)說,技術成熟、強大的量子電腦使用量子算法會讓網路傳輸中以傳統數學模式加密的信息無所遁形。

「量子電腦能夠破解當前基於數學原理而非物理原理的基於數論的加密代碼。」斯蒂芬尼克對美國之音說:「使用量子電腦,預計有可能破解今天的加密信息,其中也包括過去儲存的信息。所以破解加密會影響已經儲存的信息以及當前活躍的數據。」

這就意味著,從理論上來說,如果中國掌握了量子電腦的超強計算能力,可以破解以前成功截取、但未能「解碼」的對手國家網路中的信息。

去年12月4日,中國科學技術大學宣稱構建出76個光子的量子計算原型機「九章」,比Google公司此前設計的量子電腦「懸鈴木」(Sycamore)快100億倍。

這兩項量子電腦項目的計算能力都受到了技術工程專家的質疑。專家指出,它們還不能用於解決現實世界中的實際問題。斯蒂芬尼克說,目前的量子計算技術還不能用來破解高度加密的數據,但這樣的變革只是時間問題:「我的推測是十年、或是二十年。」

從情報保密的「守」的角度來看,斯蒂芬尼克介紹說,由於中國不斷發展量子加密,美國有朝一日將失去獲取中方量子加密下情報數據的手段。

他說:「量子加密與我們今天使用的數學加密有著本質的不同,因為量子加密是基於一種不可破解的物理原理——從物理上講,破解量子加密是不可能的。」

墨子號通信:跨越4600公里的星地量子密鑰分發

中國不僅在量子電腦的發展上突飛猛進,而且還在建立一個天地相連、理論上不可能破解的量子通信網。

「中國在國家安全問題上,信息流動是一個優先考量。」斯蒂芬尼克說。

中國科學技術大學今年1月7日宣布,中國科研團隊實現了跨越4600公里的星地量子密鑰分發。中國官方的新華社報導說,這標誌著中國已構建出「天地一體化廣域量子通訊網」的雛形。

新華社說,整個網路覆蓋四省三市32個節點,包括北京、濟南、合肥和上海4個量子城域網,通過兩個衛星地面站與2016年發射的全球首顆量子科學實驗衛星「墨子號」相連,目前已接入金融、電力、政務等行業的150多家用戶。

2016年8月16日,世界首顆量子衛星在中國甘肅酒泉發射。

分析認為,這顯示了中國要在量子科技、特別是量子通訊方面拔得頭籌的決心。如果中國實現這一通訊網的部署,這將對中國的情報保密工作帶來極大的硬體優勢。

斯蒂芬尼克說,中國努力發展的這種被稱為「量子密鑰分發」(簡稱QKD)方法的信息傳送技術,從量子物理的角度來看是絕對安全保密的。

他說:「中國創建量子安全網路的努力,我們確實對它毫無辦法,這是物理原理在中國工程設計和基礎設施開發中的應用。」

各國政府量子科研投入中國最多

AEI的報告說,世界各國政府目前在量子技術研發上承諾的公共撥款目前達到225億美元。計劃投入數額超出10億美元的國家包括印度、英國、美國、法國、德國和中國。其中,中國以100億美元的「大手筆」高居各國之首。

中國國家主席習近平去年在中共中央政治局的一次集體學習時表示,要保證對量子科技領域的資金投入,提供有力的政策支持。

中國量子科學研究領頭人潘建偉2018年在接受《麻省理工科技評論》採訪時說:「在現代信息科學發展的初期,我們曾經只是跟隨者和學習者……現在我們有機會成為引領者。」

中國目前的量子研究的專利數量方面已經是美國的兩倍以上。在量子通訊和密碼學領域,中國2018年的專利總數超過美國、歐盟、日本和韓國的總和。

與中國的政府主導模式不同,美國此前一直以政府與私營部門合作的模式發展量子科技。AEI的報告說,美國國防部在量子方面的研究已經進行了幾十年;情報部門、能源部在2010年代中期就與私營部門在量子科技發展保持合作。

為了應對與量子相關的密碼科技挑戰,美國國家標準技術研究所(NIST)從2016年開始就著手提高政府系統的「抗量子」安全能力。

2018年,美國政府把量子計算提升到一項戰略要務。特朗普行政當局2018年發布《量子信息科學國家戰略概述》。隨後,旨在加速量子計算研發的《國家量子計劃法案》獲得國會通過,法案要求國會在十年的研究計劃的前5年撥款12.75億美元。

設在加拿大多倫多的創新未來中心(Center for Innovating the Future)聯合創辦人阿比舒爾·普拉卡什(Abishur Prakash)說,量子科學不僅從軍事和情報層面影響地緣政治,計算能力的提升將影響人類社會的方方面面。

他說:「所以我想在未來五年內,我們將看到量子計算走出邊緣,真正成為聚光燈下的焦點,就像人工智慧今天這樣。」

普拉卡什說,人工智慧發展與量子計算相輔相成:「因為人工智慧需要大量的原始計算能力來處理大量的數據,無論是預測醫療診斷還是華爾街的數據建模,都需要大量的計算能力,而這些計算能力將由量子電腦提供。」

分析:中國量子通訊網路發展取決於太空安全

由於量子信號在光纖中會發生過多損耗,中國目前日漸成熟的QKD技術主推基於衛星平台和地面光纖網相結合的量子通訊手段。專家說,這一技術特點可能會促使美中兩國在太空領域安全方面的合作。

布魯金斯學會的斯蒂芬尼克說:「中國在全球範圍內發展量子安全網路的一個潛在的積極方面,可能在於安全衛星作為其量子密鑰分發網路的這個部分,這一點已在其公開演示中得到證實。這就讓太空的穩定對中國的利益相關程度越來越高,這符合他們與美國的共同利益。」

他說,從商業和國家安全利益出發,維持太空穩定也非常符合美國的利益。「我認為這對中國也越來越重要。因此,在這場量子競爭過程中,出現了一些有共同利益的領域。」

(本文由 美國之音 授權轉載;首圖來源:中國科學技術大學

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