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【世界观】美智库认为中国量子科技的发展对美国构成威胁

来源:大国策智库   作者:编译/郭杨 吴天昊      2018-11-22
  编者按:美国对中国在高技术领域的发展一直十分警惕,在当下中美贸易摩擦日益加剧的背景下尤其敏感。针对近年来中国在量子技术领域不断取得的突破性进展,美保守智库新美国安全中心于当地时间9月12日发布了题为《量子霸权:中国野心及对美国创新优势的挑战》的研究报告,妄称中国正在借“第二次量子革命”之机,在经济与军事层面对美国构成潜在威胁,并就如何保持美国创新领域的领导地位提出对策建议。报告全文共52页,由新美国安全中心“技术和国家安全计划”客座研究员艾尔莎·卡尼娅(Elsa Kania)和中国网络与情报研究所的创始人之一约翰·科斯特洛(John Costello)联合撰写。

  原文标题为“QUANTUM HEGEMONY? China’s Ambitions and the Challenge to U.S.Innovation Leadership”。

  本文由大国策智库组织编译。

一、中国在量子科技领域的目标

  (一)通过自主创新推动科学技术发展。报告指出,中国最高层领导人认为,量子技术将成为未来国家竞争力的重要组成部分。中国近年来大力推动量子科学、生物技术和人工智能领域的研发工作,其真正目的并非试图颠覆现有科学技术格局,也不是在战略性新兴技术领域开展源头创新,而是希望通过不依赖“吸收”外国技术的自主创新,实现“科技强国”的战略目标。尽管国际合作可以成为推动全球科学进步的重要组成部分,但由于量子技术的敏感性和战略意义,以及国际合作存在被破坏的可能性,未来“中国制造”的创新将主要依靠中国自身力量。
(二)在“第二次量子革命”中超越美国。报告称,随着大国战略竞争的加剧,中国正在进行一项重大的国家性工程,以抢占量子技术领域的“制高点”。尽管美国在量子科技领域具有传统的技术优势,但该优势并非不可撼动。中国虽然是后来者,但这场竞争将是一场马拉松而非短跑,从长远来看,得到更多国家政策扶持的中国科学家将可能实现“弯道超车”。届时,中国或将凭借量子领域的技术优势,改变并重塑国家经济竞争力及军事竞争的格局,从而抵消美国目前享有的优势。
  
二、中国在量子技术方面取得的进展及给美国带来的影响

  (一)中国现已跻身世界量子技术强国行列。报告称,过去几年,中国成立了“量子信息与量子科技创新研究院”“量子信息科学国家实验室”等多个科研机构,专门从事尖端科技的研发工作。这些机构的研究人员在基础研究和量子技术发展方面不断取得进展,包括量子密码、通信与计算,以及量子雷达、传感、成像、计量和导航,并于最近创造了一项量子纠缠新的世界纪录。此外,以拓扑绝缘体为代表的量子材料的早期研究,可能使信息处理的新范式成为可能。中国2016年8月发射的全球首颗量子卫星“墨子”号已经成为其在科学领域实现大国崛起的象征。此后中国又在量子通信与计算领域启动了新的国家“重点项目计划”,必将推动其量子技术的进一步发展。

  (二)量子科技进步推动中国军力崛起。随着军民融合成为中国国家战略的组成部分,关键的量子技术也将更好地服务于国防。虽然很难预测其实现的轨迹和时间,但这些军民两用的量子技术将严重冲击当今美国主导的以信息为中心的战争方式,抵消美军的关键技术优势,影响未来的军事和战略平衡。一是量子网络将增强中国在军事、政府和商业领域敏感信息的通信安全,或将挫败美国的网络间谍和信号情报能力。未来,中国军队将在其指挥、控制与通信架构中使用双重用途的量子网络及量子加密技术。二是量子加密与通信将确保中国在未来威胁面前更加安全。一方面未来的量子计算机可能会利用算法破解目前普遍使用的各种密码。相比之下,美国还没有大规模地实现这些解决方案,或在量子加密的替代方案方面取得进展。另一方面,量子计算机巨大的计算能力可以将对手的敏感信息系统置于风险之中,帮助中国获得战略优势。三是量子雷达、成像和传感将增强对所有作战域的感知和目标定位能力。随着未来作战环境变得更加复杂无序,基于量子技术的工具将为中国提供关键技术优势,使其能够拓展近海及远海的感知与监视能力,甚至能够跟踪潜艇,从而削弱美国在隐形技术上的突出优势。与此同时,量子导航与定位技术已相对成熟,可提供新的导航选项。这种“新一代惯性导航”技术可以在不依靠“全球定位系统”(GPS)的情况下提供精确导航,包括为精确武器系统提供引导。

  (三)量子科技将使中国取得经济竞争优势。除了国防用途外,量子技术还有一系列商业用途,可建立和改变市场运行模式。鉴于中国已经成为量子通信的领导者并日益成为量子计算的有力竞争者,中国将在这些新兴技术领域占据有利的竞争位置。在不久的将来,量子计算将被用于生物、化工以及机器学习等领域。量子传感与测量可被用于石油及天然气开采。拓扑绝缘体等量子材料将导致新型半导体的出现,从而使中国在半导体工业领域占有一席之地。如果成功完成这些技术的开发,那么中国作为“市场先行者”将从中受益。这种竞争优势与中国的人力资本及生产基础相结合,将确保中国取得并维持在量子技术领域全球领导者的地位,从而为其在各个工业领域创造广泛的新商机。

三、美国应采取的应对措施

  针对上述情况,报告认为,美国应考虑加大对现有创新倡议的投入,通过采取以下措施来保持美国在量子技术和创新领域的领导地位:

  (一)增强美在量子科学技术领域的国家竞争力。美应制定一项国家战略,确保量子信息科学的基础和应用研究能够获得充足资金,同时努力吸引和保留顶尖人才。一是应依托现有项目,通过国防高级研究计划局、情报高级研究计划局、国家标准与技术研究院、能源部、国家科学基金会,以及国家和军事研究实验室来实施。二是应寻求深化和扩大与学术界和私营部门的合作关系,并确保基础研究和应用研究在面临预算不确定的情况下依然能够获得持久的资金支持。三是科学和技术政策办公室可考虑设立一个由顶尖学者和科研人员组成的“量子创新咨询委员会”,对不同的量子科学技术学科的价值和相关性进行独立评估。四是应考虑建立和资助一个国家量子科学技术实验室,以便吸引顶尖研究人员,为高端科研提供专业的设施及设备,鼓励国防、学术和商业部门间的合作,整合量子科学的不同学科,扶持长期项目。国防部还可以考虑建立一个“量子卓越中心”,用来协调或加强现有军事科研倡议。五是应考虑在国家科学基金会下创立一个奖学金项目,其模式既可以类似政府科研倡议,也可以像网络兵团奖学金,旨在鼓励学生在量子科学等新兴技术领域从业。

  (二)评估量子计算对重要基础设施构成的风险并计算化解这些风险所需要的成本。在国家标准与技术研究院继续探索各种后量子时代加密选项的同时,美政府还必须着手评估军队、政府甚至私人部门从目前普遍使用的加密方式向抗量子计算的新加密机制转换所需要的成本和时间。美政府应指示国防部和国土安全部联合拟定一份研究报告,评估政府网络向抗量子加密标准过渡所需要的时间、成本,以及可能面临的技术挑战。该研究应针对军事和联邦网络正在进行的现代化改造工作进行评估,以确定网络基础设施、系统和设备能够适应采用抗量子加密标准所带来的技术挑战的最早日期。这些时间表应根据可能出现的“Q日”(即量子计算机能够破解绝大多数现代加密标准的理论日期)进行评估。

  (三)评估“量子突袭”的影响并确定“量子突袭”的指标和征候。虽然潜在的“Q日”何时到来难以预测,但一个国家很有可能掩盖其量子计算机已经能够破解当下的加密方式并获得了“量子突袭”能力。于是,该行为体可以毫无觉察地破解对手的通信,并借机开展了多年的情报搜集工作。对手发动“量子突袭”将很难评估和预判,并可能扰乱美国的情报评估工作。为此,美政府应该制定一套指标及可视化的外部特征表,作为探测敌人发动潜在“量子突袭”的征候。此外,美国家情报总监办公室还应评估“观望性”情报的潜在影响以及未来量子计算机所带来的反谍报风险。

  (四)针对量子技术在军事领域的应用开展更加彻底的研究与评估。鉴于该问题的复杂性和不确定性,国防部应创建一个“量子未来工作小组”,用来跟踪和评估量子技术在美国和全球的发展趋势,依托政府内外的科学家和国防专家针对“量子均衡”状态进行一次全面的净评估。在此过程中,特别要考虑到量子技术的革命性影响在某些情况下被夸大的可能性,因为真正理解并从细微处了解量子技术的挑战和缺点也是至关重要的。短期内,国防部还应进一步分析现有量子加密和通信形式的效用,以确保军事指挥和信息系统的安全,并跟踪关注该学科的最新进展情况。随着量子传感和计量技术,包括量子授时和导航的研发变得更加成熟,国防部应考虑在适当的情况下对这些技术进行初步试验性应用。

  (五)责成国家反谍报执行局局长对美量子研究项目与商业活动所面临的反间谍风险开展广泛审查。尽管科研领域的开放与合作是科技进步的重要动力,但由于量子技术的战略重要性,这些技术也高度敏感。虽然中国量子技术的发展似乎并未像其他领域的国防创新那样依靠技术转让和工业间谍,但这种风险也值得评估。鉴于中国高层将量子技术作为优先发展项目,有理由担心中国通过合法和非法手段赤裸裸地进行技术转让尝试。这值得美国家反谍报机构对技术转让或情报活动进行风险评估。在一个开放、全球化的世界里,科学家开展国际合作对于发展尖端科技至关重要,而且美国也曾是这种体制的最大受益者。但值得关注的是,中国正在通过对科研进行巨额补贴或通过人才计划征召科学家等方式,扭曲这种机制。

  (六)使国会恢复应有的科学技术能力和专业知识。随着美国技术优势的不断消弭,确保美国技术生态系统保持创新所需的活力则变得更加重要。这要求立法部门能够先知先觉,可以预测到新兴技术带来的变化并塑造美国的领导地位。为此,国会应该恢复对技术评估办公室(OTA)提供资金支持。1972年至1995年间,该机构曾通过深度评估新兴技术协助国会制定相关法律,并为国会议员提供全面的立法和政策选项。然而,目前的国会附属机构,如政府问责办公室(GAO)和国会研究服务部,无法完全填补技术评估办公室被终止后留下的技术专长空白。

  文章内容不代表大国策智库观点。

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