威力超群的量子武器

孫立華

我國首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星將于2016年8月?lián)駲C發(fā)射，這是世界上首次實現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信。因其運用量子物理基本原理，具有單光子的不可分割性和量子態(tài)的不可復(fù)制性，確保了信息的不可竊聽和不可破解，從原理上確保身份認證、傳輸加密以及數(shù)字簽名等的無條件安全，可以有效解決信息安全問題。

所謂量子理論，從微觀領(lǐng)域來講，就是某些物質(zhì)可同時處于多個可能狀態(tài)的疊加態(tài)，只有當(dāng)被觀測或測量時，才會隨機地呈現(xiàn)出某種確定的狀態(tài)。按照量子理論，物體從A不經(jīng)過A和B中的任何一個點就能直接到達B。換句話說，物體在A點突然消失，與此同時在B點出現(xiàn)。基于這一原理，有科學(xué)家提出將具有量子態(tài)的物質(zhì)作為密碼。如此一來，若有操作者截獲或測試量子密碼，就會改變量子狀態(tài)，其獲取的量子密碼也是無意義的。如果將量子理論應(yīng)用于武器中，就會產(chǎn)生量子武器。量子武器實際上是一種威力超過核武器的無形殺手，其威力如同人進入火海，可使其迅速化為灰燼。

二戰(zhàn)之后的量子武器研究

在第二次世界大戰(zhàn)末期，德國中央科學(xué)院就開始了量子武器和反量子武器計劃的研究，并取得了突飛猛進的進展。

二戰(zhàn)結(jié)束后，美國和蘇聯(lián)分別獲取了德國遺留下來的部分量子武器和反量子武器相關(guān)資料，并得出量子武器比核武器威力大的結(jié)論。愛因斯坦在1942年就提出了量子力與反量子力的守衡。據(jù)說，蘇聯(lián)當(dāng)時在秘密研究實驗量子武器，但一直沒有更多的公開資料可供研究。外國分析家認為，俄羅斯由于具有一定的科研優(yōu)勢，已擁有批量不大的量子武器樣品，這種武器的有效半徑是無限的，能夠?qū)⒓す馑瓦_任何地點。此外，這種量子技術(shù)還可以建立通信系統(tǒng)，以極高的速度向戰(zhàn)區(qū)傳遞信息。

未來會有哪些量子武器

據(jù)專家預(yù)測，在量子物理學(xué)攻關(guān)、試驗成功后，至少可生產(chǎn)如下武器：一是反物質(zhì)炮。因為物質(zhì)是由分子和原子構(gòu)成，原子是由帶負電的電子和帶正電的原子核組成，如果由帶正電的電子與帶負電的原子核組成原子，那么就是反原子，由反原子就可組成反物質(zhì)。當(dāng)反物質(zhì)與正物質(zhì)接觸時會產(chǎn)生湮滅效應(yīng)，放出光子和介子，同時釋放出巨大能量，也就是說會爆炸。一毫克反物質(zhì)與一毫克正物質(zhì)湮滅時會產(chǎn)生相當(dāng)于430噸TNT炸藥的爆炸力，因此現(xiàn)在的許多科學(xué)家都認為反物質(zhì)武器將是繼核武器之后的又一種毀滅性武器。但是要研發(fā)反物質(zhì)炮彈除了量子物理學(xué)基礎(chǔ)研究、高能物理研究裝置外，還得有反物質(zhì)試驗裝置。目前，這還是需要攻關(guān)的領(lǐng)域。二是重力波炮。重力波炮實際上是一種量子定向能武器，其原理是量子凝縮。由于在宇宙中缺乏媒介，聲波、沖擊波等無法傳播，導(dǎo)致傳統(tǒng)的爆炸性武器包括核武器的效果都大打折扣，而重力波則不受這個限制。因此在宇宙中，定向發(fā)射的高能重力波可以很容易做到擴散性殺傷的效果。三是重力場發(fā)生器。其實就是個人造黑洞，只要碰上就片刻之間化為烏有。四是反量子武器。反量子武器是個量子防護罩，如果研制成功，那么它就能抵抗所有物理攻擊。

除了以上未來可能出現(xiàn)的量子武器，美國科學(xué)家正在研發(fā)一種“量子雷達”，或?qū)⒊蔀殡[身飛機新的天敵。有報道稱，光子的量子特性可用于挫敗先進的隱身技術(shù)，羅切斯特大學(xué)的研究人員正在利用偏振光子探測物體和進行成像，如果隱身飛機試圖截獲這些光子并以某種方式反射以偽裝自己的部位，就會不可避免地改變光子的量子特性，進而暴露干擾行為。也許，在不久的未來“量子雷達”將最先在世界軍事舞臺亮相，讓隱身飛機無處遁形。

相關(guān)鏈接量子理論的新進展

近年來，量子計算的理論和實踐都相繼取得重大進展，產(chǎn)生了多種新的量子算法，研制了多種量子計算機原型。量子計算機最早由著名物理學(xué)家理查德·費曼提出，一開始是從物理現(xiàn)象的模擬而來的。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)模擬量子現(xiàn)象時，因為龐大的希爾伯特空間使資料量也變得龐大，一個完好的模擬所需的運算時間變得相當(dāng)可觀，甚至是不切實際的天文數(shù)字。費曼當(dāng)時就想到，如果用量子系統(tǒng)構(gòu)成的計算機來模擬量子現(xiàn)象，則運算時間可大幅度減少。量子計算機的概念由此誕生。

2013年6月8日，由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士領(lǐng)銜的量子光學(xué)和量子信息團隊首次成功實現(xiàn)了用量子計算機求解線性方程組。在此之前，美國麻省理工學(xué)院教授塞斯·羅伊德等提出了用于求解線性方程組的量子算法。

2015年9月29日，谷歌和美國國家航空航天局聯(lián)合建立的量子人工智能實驗室裝備了最新一代量子計算機D-Wave 2X。它將被谷歌和美國國家航空航天局用來處理宇宙空間問題模擬或者是氣候研究等雙方亟待處理的計算難題。D-Wave 2X可以使用1000個量子比特位，也就是說與二進制計算機相比，這一量子計算機可以認為是“1000進制”。但由于量子的不確定性，運算速度無法直接進行對比。雖然該實驗室已經(jīng)在測試新機器的能力，但外界對D-Wave 2X量子計算機能否真正取得效果持懷疑態(tài)度。

【責(zé)任編輯】張小萌