諾貝爾物理學(xué)獎頒布 量子科技帶動(dòng)信息化

　　“科學(xué)與戰爭一直是極其密切地聯(lián)系著(zhù)的�！边@句出自科學(xué)社會(huì )學(xué)奠基人J.D.貝爾納之口的名言，意味深長(cháng)。今天，倘若我們要追溯風(fēng)靡全球的信息化戰爭之科技源頭的話(huà)，無(wú)疑是1946年世界第一臺計算機“ENIAC”誕生及1969年全球第一個(gè)“阿帕網(wǎng)”問(wèn)世所開(kāi)啟的軍事變革。從本質(zhì)上說(shuō)，這是一場(chǎng)由電子信息科技催生的軍事變革。

　　2012年的諾貝爾物理學(xué)獎授予了法國科學(xué)家沙吉·阿羅什與美國科學(xué)家大衛·瓦恩蘭，以表彰兩位在量子理論研究領(lǐng)域的突破性進(jìn)展。在電子信息科技主導的軍事變革日漸遭遇瓶頸，而量子信息科技“撬動(dòng)”的軍事變革發(fā)展前景廣闊的當下，諾貝爾物理學(xué)獎所標示的科學(xué)動(dòng)向及其軍事意義，頗值深究。

　　電子信息科技主導信息化戰爭1.0

　　從科學(xué)技術(shù)與軍事變革的角度而言，對于這場(chǎng)由電子信息科技催生的軍事變革前景，在美國，著(zhù)名未來(lái)學(xué)家阿爾文·托夫勒界定為“第三次浪潮戰爭”，美軍前陸軍參謀長(cháng)戈登·沙利文則稱(chēng)之為“信息時(shí)代的戰爭”。在我國，這一變革被認為是以高技術(shù)特別是電子信息科技的飛速發(fā)展為直接動(dòng)力，把機械化軍事形態(tài)改造成信息化軍事形態(tài)的過(guò)程。

　　對此，我們不妨回眸歷史，早在上世紀70年代末，蘇軍總參謀長(cháng)尼古拉·瓦西里耶維奇·奧加爾科夫元帥就最早覺(jué)察到了這場(chǎng)軍事變革的風(fēng)暴。當時(shí)，他在焦慮不安中提出了“軍事技術(shù)革命”這一概念。之所以焦慮，一切皆因為，在當時(shí)的電子信息科技領(lǐng)域，蘇聯(lián)沒(méi)有任何優(yōu)勢。以米格-25戰斗機為例，當時(shí)其電子設備中只有電子管而沒(méi)有晶體管。

　　事實(shí)上，據當時(shí)美國國防部評估，蘇軍在電子信息科技方面至少落后美國10年，這些領(lǐng)域包括電光傳感技術(shù)、機器人技術(shù)和智能技術(shù)、信號處理技術(shù)、隱形技術(shù)和電訊技術(shù)。對此，1982年，奧加爾科夫元帥在他所著(zhù)的《永遠警惕祖國的國防安�！芬粫�(shū)中，也表達了對美軍“加速”開(kāi)發(fā)電子信息科技的擔憂(yōu)。他警告說(shuō)：“面對這種環(huán)境，如果我們不能及時(shí)改變觀(guān)念，在新武器系統的開(kāi)發(fā)與部署上停滯不前的話(huà)，那么，我們將面臨嚴重后果�！�

　　不無(wú)諷刺意味的是，1991年，海灣戰爭一聲炮響，正是憑借電子信息科技的優(yōu)勢，美國拉開(kāi)了世界新軍事革命的序幕，并長(cháng)期扮演著(zhù)領(lǐng)跑角色。

　　穿越歷史，回到今天，這一曾徹底顛覆機械化戰爭圖景的電子信息科技，在遵循摩爾定律飛速前行了數十年之后，制約其進(jìn)一步發(fā)展的系列問(wèn)題卻日漸凸顯：電子計算機的極限運算速度是否存在?一體化的電子信息網(wǎng)絡(luò )如何應對“網(wǎng)電空間戰”?等等。

　　量子信息科技開(kāi)啟機遇之門(mén)

　　具體而言，在1965年，英特爾公司的創(chuàng )始人之一戈登·摩爾針對電子計算機技術(shù)的發(fā)展提出了摩爾定律，認為芯片上可以容納的晶體管數量每隔18個(gè)月就會(huì )翻一番，相應的計算能力也將隨之翻倍。然而，由于傳統技術(shù)的物理局限性，如果不能取得重大突破，電子計算機之計算能力將在未來(lái)10—20年之內達到極限。

　　據保守估計，2018年芯片制造業(yè)就將步入16納米的工藝流程，這被認為是普通硅芯片的盡頭。而且，當芯片的制程小于20納米之后，量子效應就將嚴重影響芯片的設計和生產(chǎn)，單純通過(guò)減小制程將無(wú)法繼續驗證摩爾定律，而突破的希望恰在于量子信息科技開(kāi)啟的嶄新機遇之門(mén)。

　　瑞典皇家科學(xué)院在決定授予阿羅什與瓦恩蘭兩人諾貝爾物理學(xué)獎時(shí)，認為“量子理論是現代物理學(xué)的兩大基石之一。兩位科學(xué)家的突破性試驗方法，使得測量和操縱單個(gè)量子系統成為可能�！睉�該說(shuō)，諾貝爾獎對他們的評價(jià)，雖然非常簡(jiǎn)短，但卻非常中肯。這一在實(shí)驗方法上的基礎性突破，使得單量子操作和單量子測量成為可能，意義非同凡響。

　　回顧現代物理學(xué)發(fā)展史，我們可以認為，我們的世界叫經(jīng)典世界，它滿(mǎn)足牛頓力學(xué)的經(jīng)典物理，這個(gè)世界的特點(diǎn)就是確定性，軌道確定、位置確定。然而，當微觀(guān)到了一定尺度的時(shí)候，這個(gè)世界就不再是經(jīng)典世界了，而叫做量子世界，它不再是確定的了。顯然，這兩個(gè)世界的規律是不一樣的。圍繞此種不一樣，長(cháng)期以來(lái)，在人類(lèi)科學(xué)史上發(fā)生過(guò)諸多爭議，也引起了科幻界人士的極大關(guān)注。

　　早在量子力學(xué)理論誕生之初，兩位偉大的科學(xué)家愛(ài)因斯坦和玻爾，就展開(kāi)了激烈的爭論。具體而言，自從物理學(xué)家玻恩提出了薛定諤波函數的統計解釋之后，愛(ài)因斯坦就愕然于微觀(guān)世界里粒子居然是在毫無(wú)章法地運動(dòng)這一狀況，憤然喊出了那句流傳至今的“誤判”名言：“我絕不相信上帝是在擲骰子�！苯裉炜磥�(lái)，愛(ài)因斯坦顯然對量子世界是倍感陌生的。

　　偉大科學(xué)家愛(ài)因斯坦尚且如此，量子世界對普通大眾而言，長(cháng)期以來(lái)更是縈繞著(zhù)的神秘霧氣，這給了科幻作家發(fā)揮想象的空間。如曾創(chuàng )作出《侏羅紀公園》和《失去的世界》等作品的著(zhù)名科幻作家邁克爾·克萊頓，就在科幻小說(shuō)《時(shí)間線(xiàn)》中嘗試用文學(xué)的筆調來(lái)想象量子計算的神奇。其作品中充斥著(zhù)“量子多宇宙”“量子泡沫蟲(chóng)洞”“量子運輸”“量子糾纏態(tài)”等令人既感新奇又感陌生的詞匯。而在科幻電影《星際旅行》中，創(chuàng )作者依照與“量子糾纏”密切關(guān)聯(lián)的“量子態(tài)隱形傳輸”，設想了利用“超時(shí)空隧道”實(shí)現瞬間移位：宇航員只需在特殊裝置中平靜地說(shuō)一句，“發(fā)送我吧，蘇格蘭人”，就會(huì )被瞬間轉移到遙遠的外星球。

　　在玄妙的科幻電影之外，真有這樣的“超時(shí)空隧道”讓我們瞬間移位嗎?伴隨著(zhù)科學(xué)家在量子信息科技領(lǐng)域不斷取得革命性成果，或許在不遠的將來(lái)，類(lèi)似這樣曾經(jīng)的想象將會(huì )走出熒屏，走入現實(shí)。

　　然而，正如恩格斯所言：“一旦技術(shù)上的進(jìn)步可以用于軍事目的并且已經(jīng)用于軍事目的，它們便立刻幾乎強制地，而且往往是違反指揮官的意志而引起作戰方式上的改變甚至變革�！�

　　量子信息科技正是如此。比如，近年來(lái)，美國國防部對量子計算的相關(guān)研究及量子計算機的具體研制就給予了高度重視，其國防部高級研究預研署(DARPA)專(zhuān)門(mén)為此制定了名為“量子信息科技發(fā)展規劃”的研究計劃，該計劃對外公開(kāi)宣稱(chēng)的目標是，若干年內要在核磁共振量子計算、中性原子量子計算、諧振量子電子動(dòng)態(tài)計算、光量子計算、離子阱量子計算及固態(tài)量子計算等領(lǐng)域取得重大研究進(jìn)展。

　　各國軍方啟動(dòng)量子攻關(guān)計劃

　　倘若我們注意到，從早期美國的軍事航天項目到冷戰中期的“星球大戰計劃”，從越戰時(shí)期應對游擊戰的技術(shù)研發(fā)到海灣戰爭之后的情報、監視及偵察手段探索，從超音速戰斗機概念、軍用“阿帕網(wǎng)”構想到陸軍的“輕標槍”導彈、海軍的F/A-18艦載機、F-117隱形戰斗機、“戰斧”巡航導彈及B-2隱形轟炸機問(wèn)世……在半個(gè)世紀的發(fā)展歷程中，正是美國國防部高級研究預研署這個(gè)機構先后成功啟動(dòng)了40多個(gè)重大項目，涉及陸、海、空、天各類(lèi)關(guān)鍵武器系統和重大國防工程，在國防科技創(chuàng )新的道路上留下一串深深的足跡，從而才奠定了美國今天的軍事優(yōu)勢。我們就會(huì )對美國國防部高級研究預研署今天對量子信息科技的高度關(guān)注，有另一番審視。

　　當前，以美國為代表的世界主要軍事強國關(guān)注的量子科技發(fā)展動(dòng)向，主要涉及量子通信、量子計算及量子密鑰等領(lǐng)域。

　　量子通信。相比于電子信息技術(shù)，量子通信技術(shù)在軍事應用方面有著(zhù)無(wú)與倫比的廣闊前景。具體而言，量子隱形通信系統將建立在各類(lèi)作戰指揮控制體系之間和各種偵察預警系統、主要作戰平臺以及量子微空間武器系統之中，構建出量子信息化戰場(chǎng)的通信網(wǎng)絡(luò )，以其超大信道容量、超高通信速率等特性，在未來(lái)的信息化戰爭中扮演無(wú)可替代的角色。亦正因此，近年來(lái)，美國國防部高級研究預研署啟動(dòng)了多項量子通信方面的相關(guān)研究計劃。英國、德國、日本等國也都將量子通信技術(shù)納入議程，對其開(kāi)展了廣泛的探索。

　　量子計算。普通的計算機用電子的兩種狀態(tài)計算，這兩種狀態(tài)被定為0和1。但在20年前，科學(xué)家理查德·費曼就提出，“有可能利用電子所有的32個(gè)量子態(tài)來(lái)進(jìn)行快速計算�，F在有諸多實(shí)驗室正在試圖制造這樣的計算機。它們的優(yōu)點(diǎn)是難以想象的、強大的并行計算能力�！弊鳛閼�用量子力學(xué)原理來(lái)進(jìn)行有效計算的新穎計算模式，量子計算在基礎理論及具體算法上將超越圖靈機模型，是未來(lái)計算機發(fā)展的熱門(mén)方向之一，因此也吸引了各國軍方的關(guān)注。

　　量子密鑰。量子計算機的出現會(huì )對傳統密碼產(chǎn)生顛覆，但是量子信息同時(shí)也提供了一個(gè)守護神，即一種理論上無(wú)法破解的密碼——量子密碼。由于采用量子態(tài)作為密鑰，具有不可復制性，因而無(wú)破譯的可能，量子密碼的安全性顯然就是無(wú)法比擬的。量子密碼的出現也因此被視為“絕對安全”的回歸。世界各國紛紛將其納入國防科技發(fā)展戰略之中。如美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗室就在研究量子局域網(wǎng)的密碼體系和自由空間量子密碼。此外，英國國防部及歐盟各國也啟動(dòng)了類(lèi)似的量子密碼研究計劃。

　　量子信息科技到底將會(huì )把戰爭引向何方，或許目前還不能下定論。但回眸科技驅動(dòng)的千古戰史，一支軍隊斷不敢對未來(lái)的任何可能掉以輕心，因為意大利軍事家杜黑早就指出：“勝利只向那些能預見(jiàn)戰爭特性變化的人微笑，而不是向那些等待變化發(fā)生才去適應的人微笑�！�