国华的世界
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国盾量子(QuantumCTek)全称“科大国盾量子技术股份有限公司” (下图 CHINADAILY)，总部位于中国大陆安徽省合肥市，系中国科技大学下属企业，为全球少数具有大规模量子保密通信网络设计、供货和部署全能力的企业之一。2021年11月，美国商务部工业与安全局公布最新“实体清单”(Entity List)，国盾量子榜上有名。 “实体清单”是美国为维护其国家安全利益而设立的出口管制名单。外国企业、个人、或政府进入该“黑名单，”即意味着该企业/个人/政府无法与美国有任何商业交易。那么，为什么国盾量子这家从事量子通信技术的大陆企业会被列入美国的“实体清单”中呢？因为美国政府认定国盾量子的业务活动危及美国国家安全。
国盾量子主业量子通信设备，其中涉及核心技术“量子密钥分发”。量子密钥分发(quantum key distribution， QKD)，即美国所称“无条件安全”的“不可破解的密码”，— 即便有无限的计算能力，也不能破解。为何如此，这是基于海森堡测不准原理(不确定性原理)，简单来说，就是对量子的测量行为本身就会干扰到观察对象(下图 CHINA SCIENCE COMMUNICATION)。即使量子信号被截取，该单量子的状态也无法测准。由于单量子不可再分以及未知单量子无法克隆精确复制，根据测量结果重新制备一个量子发送给接收方，也会不可避免地改变单量子状态，导致解码结果与编码不一致。这样，偷窥/偷听者就没戏了。
由于国盾量子为主取得的科研成果，使中国大陆在量子密钥分发方面走在了世界前列：2017年开始在北京、济南、合肥和上海等城市的示范网络“京沪干线”开始运营，总长超过 2000 公里。该示范网突破了高速量子密钥分发、高速高效率单光子探测、可信中继传输和大规模量子网络管控等系列工程化实现的关键技术，完成了大尺度量子保密通信技术试验验证。2021年1月，中国科技大学宣布成功实现跨越4600公里的星地量子密钥分发(国盾量子扮演主要角色)，标志着大陆基本构建起天地一体化广域量子通信网，也表明广域量子保密通信技术已初步具备大规模应用的条件(下图 AIM)。2021 年，中国科大团队联合济南量子技术研究院基于“济青干线”现场光缆，利用国盾量子硬件平台及上海微系统所的超导探测系统，突破现场远距离高性能单光子干涉技术，分别采用两种技术方案实现 500 公里量级双场量子密钥分发，创下目前现场无中继光纤量子密钥分发传输最远距离纪录。中科大还与新加坡南洋理工大学量子工程研究中心合作，研制出连续变量量子密钥分发芯片，大大缩小了量子通信硬件的体积。最关键的是，国盾量子践行自然科学、技术科学、和工程技术三者齐头并进，为今后类似科技领域的突破创新，后来居上建立了先例。
2021年12月，哈佛大学的一份报告说，量子计算、量子通信和量子传感——传统上由美国研究人员领导的三个领域——“中国正在赶超，在某些情况下，已经超越了美国”。量子通信就是大陆超越美国的领域，据专家估计领先美国5-8年。2018年，中国在量子通信和密码学领域注册的专利数量是美国的四倍(517比117) (下图1/2 NIKKEI ASIA)。如前所述国盾量子的主要产品是QKD设备，即量子密钥分发终端，起到接受指令完成量子密钥的分发作用。2021年，国盾量子自主研发的QKD系列核心产品通过了中国大陆商用密码检测。在国盾量子等科研机构和企业的推动下，大陆量子技术在密码与通信这两个行业都进入了标准。
既然大陆(通过国盾量子这个实体)已经领先美国几年，“落后的”美国制裁封锁“领先的”国盾量子不是有点滑稽吗？回答是：未见得。比如，中国大陆在后量子计算的密码学算法标准的研发方面尚落在美国后面。所谓后量子计算的密码学算法，是指可以对抗量子计算机的经典密码算法。对于某些问题(如NP完全问题、基于格、基于编码和基于多变元方程的数学问题)，量子算法相对于传统算法并没有明显的优势。随着Shor算法的出现，密码学家已对基于格、基于编码和基于多变元方程密码方案展开了大量的研究，力图设计可以对抗量子计算机的经典密码算法，并统称这些研究为后量子密码学。一种技术只有成为普遍接受的国际标准后，才逐渐进入应用领域，如现在使用 RSA、Diffie-Hellman、椭圆曲线等算法。美国具有量子技术领域的先发优势、理论与实践实力、以及话语权。自然，有关标准是美国说了算。美国国家标准技术研究所(NIST)早在 2012 年就启动了后量子密码的研究工作，并于 2016 年 2 月启动了全球范围内的后量子密码标准征集。2018 年 4 月在美国(弗罗里达州)举办了第一届 PQC 标准化会议。2020年，公布了后量子密码竞赛第三轮26种算法分布(下图 NIST)，离新一代公钥密码算法标准更近了，也在确立该标准是由NIST(实际就是美国)制定。
其次，国盾量子的量子保密通信设备国内部分核心元器件的国产供应能力还不足，特别是用于高效率的单光子探测、高精度的物理信号处理、高信噪比的信息调制、保持和提取等高性能元件。国盾量子在光学/光电集成、深度制冷集成、高速高精度专用集成电路等技术方面仍存短板。而美国在这些领域具有优势，故拥有制裁的底气(下图1/2 ITProPortal)。当然，美国的制裁不会对国盾量子现有业务产生大的影响，但可能会对其未来发展有影响。具体来说，制裁将拖延国盾量子在量子保密通信设备小型化、高可靠、低成本的前进道路，使其产品不再具竞争力，如果，大陆在相关技术领域无突破，或进展落后对手的话。
量子通信技术在国际上方兴未艾：欧盟计划2035年左右形成泛欧量子安全互联网；英国希望在10年内建成国家量子通信网络；德国提出“量子技术——从基础到市场”框架计划，希望推动实现量子技术的产业化发展；美国正式通过国家量子计划法案。日本、韩国、俄罗斯、加拿大等国也启动了各自的量子通信发展计划，一系列量子通信卫星研发等众多项目纷纷出台并付诸实施。如果其他国家无法突破在根技术上对美国的依赖，如果美国继续握有标准制定大权的话，全世界人民无论如何呕心沥血，鞠躬尽瘁，仍难免替美国人忙活。生为美国人，是不是命特好？非美国人=苦瓜？还是一句话：沉默是金，闷头发大财，除非，你已练就一剑封喉的峨眉真功/武当绝技。
参考资料
Allison, G., Klyman, K., Barbesino, K. & Yen, H. (2021). The Great Tech Rivalry: China vs the U.S. Harvard Business School BELFER CENTER. 链接 https://www.belfercenter.org/sites/default/files/GreatTechRivalry_ChinavsUS_211207.pdf
Garisto, D. (2021). China Is Pulling Ahead in Global Quantum Race, New Studies Suggest. SCIENTIFIC AMERICAN. 链接 https://www.scientificamerican.com/article/china-is-pulling-ahead-in-global-quantum-race-new-studies-suggest/
Herman, A. (2021). Booz Allen Sounds The Alarm On China’s Coming Quantum Harvest. Forbes. 链接 https://www.forbes.com/sites/arthurherman/2021/12/09/booz-allen-sounds-the-alarm-on-chinas-coming-quantum-harvest/?sh=3bd3ccfc53e5
Jennings, R. (2021). Why China’s Advancements in Quantum Technology Worry Others. VOA. 链接 https://www.voanews.com/a/why-china-s-advancements-in-quantum-technology-worry-others-/6355337.html
Shea, G. & Cancelmo, C. (2021). Washington seeks to counter China’s quantum computing drive. FOUNDATION FOR DEFENSE OF DEMOCRACY. 链接 https://www.fdd.org/analysis/2021/12/06/chinas-quantum-computing-drive/
U.S. Department of Commerce. (2021). Commerce Lists Entities Involved in the Support of PRC Military Quantum Computing Applications, Pakistani Nuclear and Missile Proliferation, and Russia’s Military. 链接 https://www.commerce.gov/news/press-releases/2021/11/commerce-lists-entities-involved-support-prc-military-quantum-computing
Xdyixia. (2022). 后量子密码. 博客园. 链接 https://www.cnblogs.com/xdyixia/p/11611642.html
