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日志

 
 

《 人民日报 》( 2017年01月12日 23 版)  

2017-01-16 22:36:38|  分类: 人民日报 |  标签: |举报 |字号 订阅

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23版:国际

《 人民日报 》( 2017年01月12日   23 版) - wangguochun - wangguochun000 的博客

核心竞争 牢抓原创(观点)

冯叔平

《 人民日报 》( 2017年01月12日   23 版)

  当今社会,信息已成为一种重要的资源和财富。国家或行业间竞争的胜负很大程度则取决于对信息以及信息核心技术的掌握。量子科学及其通信应用研究表明,微电子技术和光电子技术很有可能会在今后某个时期被量子技术取代。

  当今几乎所有重大高技术领域,都一概离不开信息技术的支持,即便连传统产业的更新换代,也要依靠信息技术的渗透使产业“软化”和转型。量子研究刚同信息技术相结合,便吸引了众多国家纷纷投入大量人力、财力、物力。围绕量子科技研究、成果原创、人才争夺等,一场激烈的战略和能力竞争正在展开。

  信息社会,国家间竞争的重点已转入到信息主权、信息技术、信息安全和信息规则制定等与“制信息权”密切相关的最核心新领域。量子信息技术今后遇到的问题肯定要比电子信息技术更为艰深难解,人们从现在起,就得从法律与政策、社会活动方式以及国际关系等方面加深对量子信息技术的认识,以便让量子信息技术能稳健地成为国家战略与核心能力竞争的依托。

  由电子信息技术为主导的科技革命至今已50余年,新一轮科技革命正揭开帷幕。该轮科技革命中的量子信息技术对法律和政策的影响,可能会引发一场规模更大、范围更广、涉及层面更深的“核心专利争夺战”。其发生对象将会主要集中于信息科技、生命科技和纳米科技的交叉结合部。与量子信息直接相关的具体技术目标极有可能贯穿人工智能、信息仿生、先进材料、先进制造、先进能源等诸多尖端领域。

  根据前几次科技革命的经验路径,下一周期经济生产和社会应用的发展特征将会愈加表现在以下几方面:先有关键性核心技术的制高点争夺和权益瓜分,后有长远核心市场的争夺和作用分摊;先有最前沿核心科学和核心技术的重大突破,后有一整套新的核心产品和核心品牌的拼斗面世。

  在新一轮科技革命中真正拥有核心科学和核心技术的国家,其面临的国际竞争不管如何剧烈,都会显示出难以动摇的战略优势。

  2016年8月,中国“墨子号”科学实验卫星的顺利发射升空,证明了我国科技界在这一领域的强大攻坚能力,我们作为世界量子通信的领跑者始终都冲锋在高端科技最前沿。在现今世界性量子通信和量子信息技术的研发热潮里,我国虽然取得了卓越成就,但在科技总体实力上同美国、欧盟及日本等相比仍存在差距。造成这些差距既有长期以来我国很多部门基础较弱、研究积累较欠缺等科技根由,也有我国知识产权包括专利制度实施时间并不太长、整个构成体系和执行环节尚不十分健全而亟待加速完善的社会背景。

  面对当前全球范围的量子通信和量子信息技术主导前沿优势争夺,当务之急是尽早拟定并推出一套立足长远与全局,内容可涵盖科技、经济、社会综合发展总体目标导向的战略及规划方案,统筹而周密地谋划运作即将构筑的创新链建设及行业与区域布局,充实知识产权体系等制度管理办法。

  这样,我国跟进性的重大战略攻关项目和成果产业化计划实施才能全面迈向世界公认的一流水准,国内精锐而庞大的研究队伍所进行的量子科技研发的最新业绩才能更好地为国家繁荣、社会文明做出划时代的卓越贡献。

  (作者单位为中国科学技术大学综合国力运行研究中心)

发展量子技术需加强国际合作(链接)

本报驻美国记者 廖政军

《 人民日报 》( 2017年01月12日   23 版)

  量子信息技术及通信领域研究正在快速发展,吸引了全球数以千计研究学者的目光。量子通信是近30年发展起来的新兴交叉学科,是量子力学、通信理论以及计算机科学相结合的产物。量子通信的理论构架与理论体系日趋完善,技术也具备实用化和产业化能力。世界各国特别是欧美等发达国家无不争先恐后地将量子通信技术当作本国最优先发展的战略性科技来对待。

  美国对量子通信的理论和实验研究开始较早,是最先将量子技术列入国家战略、国防和安全研发计划的国家。20世纪末,美国政府便将量子信息列为“保持国家竞争力”计划的重点支持课题。2016年7月,美国国家科学和技术委员会公布《推进量子信息科学:国家挑战与机遇》,总结分析了量子信息科学(QIS)的应用前景。

  关于量子信息及通信技术的未来应用,美国量子信息与计算机科学联合中心共同主任雅各布·泰勒告诉本报记者,量子信息研究人员一直在量子力学物理定律所定义的框架下检验通信与计算的局限性,并非是人们在传统的信息技术革命下所考虑的典型的工程局限性。这一研究领域的某些方面已经被运用于现实世界的计量和量子密码术等领域。不过泰勒坦言,“我们所研究的领域面临着诸多挑战。其中最大的挑战或许来自于如何开发出最有趣的应用和算法,能使得我们从中等规模的量子计算仪器中获益,从而更好地理解量子系统将如何真正有益于我们。”

  有不少分析认为,未来10年之内即会实现全球化量子通信,量子通信技术并将在今后二三十年越来越明显地对整个人类社会发展产生巨大影响。

  不过,量子技术的发展不能闭门造车,而是要加强国际合作。据了解,欧盟已采取大规模国际合作,推出用于发展量子信息技术的一系列重大计划;英国也与新加坡合作推动在小型卫星上开展量子实验的项目;中国量子卫星将首先连接中国与奥地利之间的量子通信网,用以证明全球规模的量子通信网络设想的可行性和现实性……这些都将共同推动量子通信领域的快速进步与发展。

着眼未来,抢占信息社会战略制高点(国际视野)

冯江源 冯 骥

《 人民日报 》( 2017年01月12日   23 版)
《 人民日报 》( 2017年01月12日   23 版) - wangguochun - wangguochun000 的博客

  2016年8月,在酒泉卫星发射中心,量子卫星“墨子号”星罩组合体吊装,与运载火箭对接。
  新华社发

《 人民日报 》( 2017年01月12日   23 版) - wangguochun - wangguochun000 的博客

  科研人员模拟地面望远镜向量子卫星发射信标光。
  新华社发

《 人民日报 》( 2017年01月12日   23 版) - wangguochun - wangguochun000 的博客

  美国量子信息与计算机科学联合中心的研究人员在讨论量子信息技术。
  资料图片

《 人民日报 》( 2017年01月12日   23 版) - wangguochun - wangguochun000 的博客

  随着2016年11月中旬“墨子号”量子卫星顺利完成在轨测试,正式开始科学实验,2016年底量子通信骨干网“京沪干线”全线贯通,我国将构建起全球首个天地一体化的实用性广域量子通信网络。当下,围绕量子科技领域的研发,美国、欧盟、日本等都在激烈拼夺,争相抢占创新制高点。一旦取得重大突破,相关国家及整个世界的经济、政治、安全格局都将为之改观

  

  构建天地一体化科学实验体系

  全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”的成功发射,使我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信,构建天地一体化的量子科学实验体系。

  “墨子号”在升空入轨后的未来两年里,卫星和地面站将共同执行三大科学任务:星地高速量子密钥分发、星地量子纠缠分发、星地量子隐形传态。其中,星地高速量子密钥分发,即在高精度捕获、跟踪、瞄准系统的辅助下,建立起卫星与地面之间超远距离的量子通道,实现卫星与地面之间的诱骗态量子密钥分发,开展无条件、安全的星地量子保密通信实验,量子密钥初始码产生率可达到约10Kbps,这就为建立全球范围的量子通信网络打下了技术基础。

  通过发射卫星来建立天地之间的量子通信网络,根本原因是由于地面信号传输多以光纤为媒介,传输过程中信号损失严重,光纤传输的量子通信信号在200公里以后就几乎被吸收殆尽。若想实现远距离的量子通信传输,就必须在地面设立多个信号中继站。

  而光或量子在穿透地球上空大气层的过程中其能量损失仅为20%,也就是说,天地之间虽然远隔成千上万公里,光或量子在其间传输损失却远远低于在地面光纤网络中传输的损耗。这样,利用太空中的量子卫星作为地面网络的中转站,并设法将地面多个城市中所建立的城际量子通信网络连接起来,由此便可极大地提高量子通信的效率。

  为了让“墨子号”升空入轨后顺利实施科研任务,人们早已在地面上建设了量子通信地面站,除了位于河北兴隆、青海德令哈等地的地面站外,还有位于西藏阿里的量子隐形传态实验站,它们与量子卫星一起共同构成了全匹配的天地一体化量子科学实验系统。再加上设在奥地利维也纳和格拉茨的地面站等,量子卫星及在地面建设的多个地面观测站,就俨然一体地协同组成了一张前所未有可整个覆盖地面和空间的无比巨大的实验网络。

  2016年底,全长约2000公里的广域量子通信骨干网络工程“京沪干线”交付使用,这一大尺度量子通信技术验证应用和示范平台既连接北京、上海,又贯穿济南、合肥等地,高安全、可拓展、军民融合,将成为全球已开通的最长量子保密通信骨干网络,为政府机关、金融机构等提供高安全通信服务。2016年11月,我国第二条量子保密通信干线“武合线”(武汉至合肥)正式签约开建。

  “墨子号”量子卫星与“京沪干线”的结合,初步构建起中国天地一体化的广域量子通信网络,更加有力地推动量子通信技术深入应用,从而快速形成对国家经济社会发展具有强劲拉动作用的战略性新兴产业。

  此外,“墨子号”还承担着对量子力学本身的基本原理进行检验的实验职能。量子纠缠态是量子力学中的一种经典现象,即在多粒子量子系统中,一对具有量子纠缠态的粒子,哪怕相隔极远,当其中一个出现状态改变时,另一个的状态也会立刻发生相应改变。这种现象通常又被称作“量子非定域性”,曾让爱因斯坦反复质疑,并引发了长期的争论和持续至今的各种检验。

  有科学家在地球表面相距100公里的两地间成功地验证了量子非定域性,但仍未做到严格无漏洞的终极检验。通过量子卫星直接把这类实验带到外层空间去做,将在世界上首次进行距离达千公里量级的量子非定域性实验检验,这对人类加深了解和认识量子力学的基础理论、探索大自然更深奥秘意义重大。

  量子卫星大大增强信息防御能力

  量子卫星所承担的科学实验涉及领域广泛,具备远大的开发应用前景,势必成为未来技术创新的又一重要源泉。“墨子号”的成功研制与发射,使我国进一步扩大了在量子通信领域的国际领先优势,继而有利于实现国家信息安全和信息技术水平的跨越式提升。量子卫星的发射是出于科学目的,客观地看,也可用于解决一些对中国信息主权的攻击和侵犯,减少甚至避免频繁的外来网络攻击,显著增强我国的信息防御能力。

  量子卫星还将大力推动“量子互联网”(包含有保密通信和大大超过传统互联网的分散计算能力)研究,我国计划在2030年前建立的量子卫星网络,无疑将升级地面量子计算机网络。如“天河二号”等性能最强大的超级计算机需100年才能处理的任务,一台量子计算机只需0.01秒就能完成。

  当然我们仍有大量工作要做,比如,需再继续发射将近20颗量子卫星、对太空和地面量子网络基础设施进行改造、制定各种通信标准等,只有形成全球性的一个个星座体系,才能全面建构起遍布世界各国的网络,也只有通过地面相应基础设施的重重配置,才能确保量子网络可分步按序连接到每一行业乃至千家万户。量子卫星的整个工程既需要量子传感、量子通信和量子计算等多方面的技术与手段来做保证,而且还必须达到捕获和跟踪情报、事件乃至现象的高精度以及与时间的精准同步,所有这些,都会涉及高精尖多项技术的集成以及最前沿多门学科的交叉。

  这种待建的量子卫星网络具备高技术新型手段,可用于空间情报、监视、侦察平台,战术预警和攻击评估;指挥、控制与通信系统;导航、定位与环境监测等。如果跨入到量子卫星通信阶段,不管民用、还是军事,其应用领域都很广阔,既会让传统信息产业发生彻底变更,并会推动新兴信息产业包括计算机产业、卫星通信业、数据库业、音像视听业等达到愈加效能高、速度快、产出大和安全绝对保障的结果。

  对众多产业具有全面拉动作用

  量子通信不仅是一种全新的加密通信手段,并将成为新一代信息网络安全解决方案的关键技术和日益普遍的电子服务安全基石,成为保障未来信息社会的重要基础之一。

  在容量大、质量好、覆盖面积广、快速灵敏、安全可靠等方面,量子信息技术正表现出比电子信息更加优越的特点。对未来“制天权”和“制信息权”的主动、牢靠掌握,不仅是一国政治、外交、军事的急需,也是一国经济必不可少的重要组成部分。

  量子信息技术对未来众多产业具有辐射和全面拉动作用。根据目前已掌握的量子技术看,量子信息技术不仅在提高运算速度和确保信息安全上突破传统信息技术的极限,而且还能实现超高精度的测量,使信息技术的先进性达到新水平;通过量子模拟手段,人们将可更深入认识世界复杂体系的物理机理,积极开展微观操控物质特性的活动,发现全新的物质形态;经大量研究证实,人类的基本生命过程及认知过程很可能同量子相干和量子纠缠直接相关;在量子尺度上进行能量调控,可实现能量愈加高效转换,确保人类社会日益增加的能源需求。      

  量子通信对整个信息技术和其他相关产业的驱导、拉动贡献,关键在于该种通信能具有绝对安全、超大信道容量、超高通信速率、可远距离传输等本领。因为量子密钥分发过程中,每个信息都依靠单个光子传送,使之具备不可分割、不可克隆的特性,如果在传输过程中一旦受到干扰就会改变状态,接受方便可以发现,从而充分保证传输内容绝密。量子通信远距离传输,通过远距离量子态隐形传输和纠缠分发来实现。如今,量子态隐形传输和纠缠分发已通过量子卫星与地面间的量子中继器而达到真正实用化。

  鉴于在自由空间光子损耗小,只要结合卫星帮助,将十分有可能在全球尺度上实现超远距离的量子通信和信息技术多样开发局面。以上各种技术既可以随时用来跟踪卫星和地面上的移动目标,往后亦能直接利用到以卫星为对象的跟瞄、通信和信息技术的其他开发项目。量子信息技术同空间技术产业、新能源技术产业、海洋技术产业等的贯通与渗透,前景广阔。

  上世纪90年代起,全球范围的量子信息、量子通信研发就接连取得了突破性成果。主要大国都在争前恐后地将量子通信技术当作本国最优先发展的战略性科技来对待,围绕量子科技进行激烈拼夺、争相抢占该方面创新的制高点。近些年,美国和俄罗斯都部署了大型量子加密计算发展计划;奥地利、德国、意大利等国,也都纷纷要求同中国一起协作开发量子科技。只要这些主导领域一旦取得重大突破,相关国家及整个世界的经济、政治、安全格局必将会为之再次改观。

  (作者单位分别为中国科学技术大学国际发展研究所、国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心)

  制图:蔡华伟

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