國華的世界
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國盾量子(QuantumCTek)全稱“科大國盾量子技術股份有限公司” (下圖 CHINADAILY)，總部位於中國大陸安徽省合肥市，係中國科技大學下屬企業，為全球少數具有大規模量子保密通信網絡設計、供貨和部署全能力的企業之一。2021年11月，美國商務部工業與安全局公布最新“實體清單”(Entity List)，國盾量子榜上有名。 “實體清單”是美國為維護其國家安全利益而設立的出口管製名單。外國企業、個人、或政府進入該“黑名單，”即意味著該企業/個人/政府無法與美國有任何商業交易。那麽，為什麽國盾量子這家從事量子通信技術的大陸企業會被列入美國的“實體清單”中呢？因為美國政府認定國盾量子的業務活動危及美國國家安全。
國盾量子主業量子通信設備，其中涉及核心技術“量子密鑰分發”。量子密鑰分發(quantum key distribution， QKD)，即美國所稱“無條件安全”的“不可破解的密碼”，— 即便有無限的計算能力，也不能破解。為何如此，這是基於海森堡測不準原理(不確定性原理)，簡單來說，就是對量子的測量行為本身就會幹擾到觀察對象(下圖 CHINA SCIENCE COMMUNICATION)。即使量子信號被截取，該單量子的狀態也無法測準。由於單量子不可再分以及未知單量子無法克隆精確複製，根據測量結果重新製備一個量子發送給接收方，也會不可避免地改變單量子狀態，導致解碼結果與編碼不一致。這樣，偷窺/偷聽者就沒戲了。
由於國盾量子為主取得的科研成果，使中國大陸在量子密鑰分發方麵走在了世界前列：2017年開始在北京、濟南、合肥和上海等城市的示範網絡“京滬幹線”開始運營，總長超過 2000 公裏。該示範網突破了高速量子密鑰分發、高速高效率單光子探測、可信中繼傳輸和大規模量子網絡管控等係列工程化實現的關鍵技術，完成了大尺度量子保密通信技術試驗驗證。2021年1月，中國科技大學宣布成功實現跨越4600公裏的星地量子密鑰分發(國盾量子扮演主要角色)，標誌著大陸基本構建起天地一體化廣域量子通信網，也表明廣域量子保密通信技術已初步具備大規模應用的條件(下圖 AIM)。2021 年，中國科大團隊聯合濟南量子技術研究院基於“濟青幹線”現場光纜，利用國盾量子硬件平台及上海微係統所的超導探測係統，突破現場遠距離高性能單光子幹涉技術，分別采用兩種技術方案實現 500 公裏量級雙場量子密鑰分發，創下目前現場無中繼光纖量子密鑰分發傳輸最遠距離紀錄。中科大還與新加坡南洋理工大學量子工程研究中心合作，研製出連續變量量子密鑰分發芯片，大大縮小了量子通信硬件的體積。最關鍵的是，國盾量子踐行自然科學、技術科學、和工程技術三者齊頭並進，為今後類似科技領域的突破創新，後來居上建立了先例。
2021年12月，哈佛大學的一份報告說，量子計算、量子通信和量子傳感——傳統上由美國研究人員領導的三個領域——“中國正在趕超，在某些情況下，已經超越了美國”。量子通信就是大陸超越美國的領域，據專家估計領先美國5-8年。2018年，中國在量子通信和密碼學領域注冊的專利數量是美國的四倍(517比117) (下圖1/2 NIKKEI ASIA)。如前所述國盾量子的主要產品是QKD設備，即量子密鑰分發終端，起到接受指令完成量子密鑰的分發作用。2021年，國盾量子自主研發的QKD係列核心產品通過了中國大陸商用密碼檢測。在國盾量子等科研機構和企業的推動下，大陸量子技術在密碼與通信這兩個行業都進入了標準。
既然大陸(通過國盾量子這個實體)已經領先美國幾年，“落後的”美國製裁封鎖“領先的”國盾量子不是有點滑稽嗎？回答是：未見得。比如，中國大陸在後量子計算的密碼學算法標準的研發方麵尚落在美國後麵。所謂後量子計算的密碼學算法，是指可以對抗量子計算機的經典密碼算法。對於某些問題(如NP完全問題、基於格、基於編碼和基於多變元方程的數學問題)，量子算法相對於傳統算法並沒有明顯的優勢。隨著Shor算法的出現，密碼學家已對基於格、基於編碼和基於多變元方程密碼方案展開了大量的研究，力圖設計可以對抗量子計算機的經典密碼算法，並統稱這些研究為後量子密碼學。一種技術隻有成為普遍接受的國際標準後，才逐漸進入應用領域，如現在使用 RSA、Diffie-Hellman、橢圓曲線等算法。美國具有量子技術領域的先發優勢、理論與實踐實力、以及話語權。自然，有關標準是美國說了算。美國國家標準技術研究所(NIST)早在 2012 年就啟動了後量子密碼的研究工作，並於 2016 年 2 月啟動了全球範圍內的後量子密碼標準征集。2018 年 4 月在美國(弗羅裏達州)舉辦了第一屆 PQC 標準化會議。2020年，公布了後量子密碼競賽第三輪26種算法分布(下圖 NIST)，離新一代公鑰密碼算法標準更近了，也在確立該標準是由NIST(實際就是美國)製定。
其次，國盾量子的量子保密通信設備國內部分核心元器件的國產供應能力還不足，特別是用於高效率的單光子探測、高精度的物理信號處理、高信噪比的信息調製、保持和提取等高性能元件。國盾量子在光學/光電集成、深度製冷集成、高速高精度專用集成電路等技術方麵仍存短板。而美國在這些領域具有優勢，故擁有製裁的底氣(下圖1/2 ITProPortal)。當然，美國的製裁不會對國盾量子現有業務產生大的影響，但可能會對其未來發展有影響。具體來說，製裁將拖延國盾量子在量子保密通信設備小型化、高可靠、低成本的前進道路，使其產品不再具競爭力，如果，大陸在相關技術領域無突破，或進展落後對手的話。
量子通信技術在國際上方興未艾：歐盟計劃2035年左右形成泛歐量子安全互聯網；英國希望在10年內建成國家量子通信網絡；德國提出“量子技術——從基礎到市場”框架計劃，希望推動實現量子技術的產業化發展；美國正式通過國家量子計劃法案。日本、韓國、俄羅斯、加拿大等國也啟動了各自的量子通信發展計劃，一係列量子通信衛星研發等眾多項目紛紛出台並付諸實施。如果其他國家無法突破在根技術上對美國的依賴，如果美國繼續握有標準製定大權的話，全世界人民無論如何嘔心瀝血，鞠躬盡瘁，仍難免替美國人忙活。生為美國人，是不是命特好？非美國人=苦瓜？還是一句話：沉默是金，悶頭發大財，除非，你已練就一劍封喉的峨眉真功/武當絕技。
參考資料
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Xdyixia. (2022). 後量子密碼. 博客園. 鏈接 https://www.cnblogs.com/xdyixia/p/11611642.html
