量子计算与量子传输

2016年8月16日大陆发射了墨子卫星，台湾的各大媒体仅以一则简短的新闻带过，说这是一枚做量子通讯实验所用的卫星，结果背后商业与军事的意涵并未得到应有的重视。

量子力学是上世纪最重要的科学进展之一，在本世纪由于对物质精细控制科技的快速进展，其中两个应用－量子计算与量子通讯－已有机会进入商业化的阶段。

量子计算擅长于BQP(Bounded error, Quantum, Polynomial time)型的复杂问题，譬如蛋白质摺叠、机器学习、投资效益极大化、大数的质因数分解等。在生医、人工智能、金融科技等新兴领域的应用潜力自不待言，大数的质因数分解这个看似纯数学的问题其实已牵涉到整个网络、金融世界的网安乃至于国防安全的问题。

现代网络及金融安全体系建构在公共钥匙架构(PKI；Public Key Infrastructure)之上，而PKI的安全性是以大数的质因数分解难以用传统二进位电脑计算进行为前提。如果量子计算得以商业运行，所有依赖于PKI的体系立即土崩瓦解。看一看量子计算机公司D-Wave Systems的使用者及投资者名单，包括高盛、谷歌、美国太空总署、贝佐斯、洛斯阿拉莫斯国家实验室、中情局及洛克希德马丁公司等，就知道这个发展值得多严肃对待。

如果PKI不能倚赖，剩下的就是终极安全传输管道－量子通讯。量子通讯传输的信息如果被中途恶意截获，则发送方会立即知道而予以废弃，因而是安全的。这是量子计算出现后的反制机制，这也是为什麽大陆要发射墨子卫星的原因。这个计划于2011就立项，更早于合肥、长城上均已于地面用线上离光纤通讯验证过，上卫星是要测试大量商业的通讯应用。值得一提的是墨子卫星计划领导人潘建伟的重要科学贡献之一是以用于量子计算机的Shor’s algorithm写出质因数分解程序。

台湾的整体研发规模不大，也许不能顾及每一项科技领域的基础研究。但是台湾有庞大的电脑、服务器、网络通讯产业，至少可以准备一下量子时代来到时的系统、零件、应用的发展。而量子计算可以惠及的领域如前述的生医、人工智能、金融科技等新兴领域，也可以开始暖身。毕竟这是一个科技领域连其反制科技都已浮上台面的趋势，而其机制在科学上早已经确定无误、可行的！