2012年的诺贝尔物理学奖授予了法国科学家沙吉

2012 年的诺贝尔物理学奖授予了法国科学家沙吉阿罗什与美国科学家大卫瓦恩兰， 以表彰两位在量子理论研究领域的突破性进展。在电子信息科技主导的军事变革日渐遭遇 瓶颈，而量子信息科技“撬动”的军事变革发展前景广阔的当下，诺贝尔物理学奖所标示 的科学动向及其军事意义，颇值深究。请看科技日报特约专稿 “科学与战争一直是极其密切地联系着的。 ”这句出自科学社会学奠基人 J.D.贝尔纳之 口的名言，意味深长。今天，倘若我们要追溯风靡全球的信息化战争之科技源头的话，无 疑是 1946 年世界第一台计算机“ENIAC”诞生及 1969 年全球第一个 “阿帕网”问世所开 启的军事变革。从本质上说，这是一场由电子信息科技催生的军事变革。 电子信息科技主导信息化战争 1.0 从科学技术与军事变革的角度而言，对于这场由电子信息科技催生的军事变革前景， 在美国，著名未来学家阿尔文托夫勒界定为“第三次浪潮战争” ，美军前陆军参谋长戈 登沙利文则称之为“信息时代的战争” 。在我国，这一变革被认为是以高技术特别是电子 信息科技的飞速发展为直接动力，把机械化军事形态改造成信息化军事形态的过程。 对此，我们不妨回眸历史，早在上世纪 70 年代末，苏军总参谋长尼古拉瓦西里耶维 奇奥加尔科夫元帅就最早觉察到了这场军事变革的风暴。当时，他在焦虑不安中提出了 “军事技术革命”这一概念。之所以焦虑，一切皆因为，在当时的电子信息科技领域，苏 联没有任何优势。以米格-25 战斗机为例，当时其电子设备中只有电子管而没有晶体管。 事实上，据当时美国国防部评估，苏军在电子信息科技方面至少落后美国 10 年，这些 领域包括电光传感技术、机器人技术和智能技术、信号处理技术、隐形技术和电讯技术。 对此，1982 年，奥加尔科夫元帅在他所著的永远警惕祖国的国防安危一书中，也表达 了对美军“加速”开发电子信息科技的担忧。他警告说：“面对这种环境，如果我们不能 及时改变观念，在新武器系统的开发与部署上停滞不前的话，那么，我们将面临严重后果。 ” 不无讽刺意味的是，1991 年，海湾战争一声炮响，正是凭借电子信息科技的优势，美 国拉开了世界新军事革命的序幕，并长期扮演着领跑角色。 穿越历史，回到今天，这一曾彻底颠覆机械化战争图景的电子信息科技，在遵循摩尔 定律飞速前行了数十年之后，制约其进一步发展的系列问题却日渐凸显：电子计算机的极 限运算速度是否存在？一体化的电子信息网络如何应对“网电空间战”？等等。 量子信息科技开启机遇之门 具体而言，在 1965 年，英特尔公司的创始人之一戈登摩尔针对电子计算机技术的发 展提出了摩尔定律，认为芯片上可以容纳的晶体管数量每隔 18 个月就会翻一番，相应的计 算能力也将随之翻倍。然而，由于传统技术的物理局限性，如果不能取得重大突破，电子 计算机之计算能力将在未来 1020 年之内达到极限。 据保守估计，2018 年芯片制造业就将步入 16 纳米的工艺流程，这被认为是普通硅芯 片的尽头。而且，当芯片的制程小于 20 纳米之后，量子效应就将严重影响芯片的设计和生 产，单纯通过减小制程将无法继续验证摩尔定律，而突破的希望恰在于量子信息科技开启 的崭新机遇之门。 瑞典皇家科学院在决定授予阿罗什与瓦恩兰两人诺贝尔物理学奖时，认为“量子理论 是现代物理学的两大基石之一。两位科学家的突破性试验方法，使得测量和操纵单个量子 系统成为可能。 ”应该说，诺贝尔奖对他们的评价，虽然非常简短，但却非常中肯。这一在 实验方法上的基础性突破，使得单量子操作和单量子测量成为可能，意义非同凡响。 回顾现代物理学发展史，我们可以认为，我们的世界叫经典世界，它满足牛顿力学的 经典物理，这个世界的特点就是确定性，轨道确定、位置确定。然而，当微观到了一定尺 度的时候，这个世界就不再是经典世界了，而叫做量子世界，它不再是确定的了。显然， 这两个世界的规律是不一样的。围绕此种不一样，长期以来，在人类科学史上发生过诸多 争议，也引起了科幻界人士的极大关注。 早在量子力学理论诞生之初，两位伟大的科学家爱因斯坦和玻尔，就展开了激烈的争 论。具体而言，自从物理学家玻恩提出了薛定谔波函数的统计解释之后，爱因斯坦就愕然 于微观世界里粒子居然是在毫无章法地运动这一状况，愤然喊出了那句流传至今的“误判” 名言：“我绝不相信上帝是在掷骰子。 ”今天看来，爱因斯坦显然对量子世界是倍感陌生的。 伟大科学家爱因斯坦尚且如此，量子世界对普通大众而言，长期以来更是萦绕着的神 秘雾气，这给了科幻作家发挥想象的空间。如曾创作出侏罗纪公园和失去的世界 等作品的著名科幻作家迈克尔克莱顿，就在科幻小说时间线中尝试用文学的笔调来 想象量子计算的神奇。其作品中充斥着“量子多宇宙” “量子泡沫虫洞” “量子运输” “量子 纠缠态”等令人既感新奇又感陌生的词汇。而在科幻电影星际旅行中，创作者依照与 “量子纠缠”密切关联的“量子态隐形传输” ，设想了利用“超时空隧道”实现瞬间移位： 宇航员只需在特殊装置中平静地说一句， “发送我吧，苏格兰人” ，就会被瞬间转移到遥远 的外星球。 在玄妙的科幻电影之外，真有这样的“超时空隧道”让我们瞬间移位吗？伴随着科学 家在量子信息科技领域不断取得革命性成果，或许在不远的将来，类似这样曾经的想象将 会走出荧屏，走入现实。 然而，正如恩格斯所言：“一旦技术上的进步可以用于军事目的并且已经用于军事目 的，它们便立刻几乎强制地，而且往往是违反指挥官的意志而引起作战方式上的改变甚至 变革。 ” 量子信息科技正是如此。比如，近年来，美国国防部对量子计算的相关研究及量子计 算机的具体研制就给予了高度重视，其国防部高级研究预研署（DARPA）专门为此制定了 名为“量子信息科技发展规划”的研究计划，该计划对外公开宣称的目标是，若干年内要 在核磁共振量子计算、中性原子量子计算、谐振量子电子动态计算、光量子计算、离子阱 量子计算及固态量子计算等领域取得重大研究进展。 各国军方启动量子攻关计划 倘若我们注意到，从早期美国的军事航天项目到冷战中期的“星球大战计划” ，从越战 时期应对游击战的技术研发到海湾战争之后的情报、监视及侦察手段探索，从超音速战斗 机概念、军用“阿帕网”构想到陆军的“轻标枪”导弹、海军的 F/A-18 舰载机、F-117 隐 形战斗机、 “战斧”巡航导弹及 B-2 隐形轰炸机问世在半个世纪的发展历程中，正是美 国国防部高级研究预研署这个机构先后成功启动了 40 多个重大项目，涉及陆、海、空、天 各类关键武器系统和重大国防工程，在国防科技创新的道路上留下一串深深的足迹，从而 才奠定了美国今天的军事优势。我们就会对美国国防部高级研究预研署今天对量子信息科 技的高度关注，有另一番审视。 当前，以美国为代表的世界主要军事强国关注的量子科技发展动向，主要涉及量子通 信、量子计算及量子密钥等领域。 量子通信。相比于电子信息技术，量子通信技术在军事应用方面有着无与伦比的广阔 前景。具体而言，量子隐形通信系统将建立在各类作战指挥控制体系之间和各种侦察预警 系统、主要作战平台以及量子微空间武器系统之中，构建出量子信息化战场的通信网络， 以其超大信道容量、超高通信速率等特性，在未来的信息化战争中扮演无可替代的角色。 亦正因此，近年来，美国国防部高级研究预研署启动了多项量子通信方面的相关研究计划。 英国、德国、日本等国也都将量子通信技术纳入议程，对其开展了广泛的探索。 量子计算。普通的计算机用电子的两种状态计算，这两种状态被定为 0 和 1。但在 20 年前，科学家理查德费曼就提出， “有可能利用电子所有的 32 个量子态来进行快速计算。 现在有诸多实验室正在试图制造这样的计算机。它们的优点是难以想象的、强大的并行计 算能力。 ”作为应用量子力学原理来进行有效计算的新颖计算模式，量子计算在基础理论及 具体算法上将超越图灵机模型，是未来计算机发展的热门方向之一，因此也吸引了各国军 方的关注。 量子密钥。量子计算机的出现会对传统密码产生颠覆，但是量子信息同时也提供了一 个守护神，即一种理论上无法破解的密码量子密码。由于采用量子态作为密钥，具有 不可复制性，因而无破译的可能，量子密码的安全性显然就是无法比拟的。量子密码的出 现也因此被视为“绝对安全”的回归。世界各国纷纷将其纳入国防科技发展战略之中。如 美国洛斯阿拉莫斯国家实验室就在研究量子局域网的密码体系和自由空间量子密码。此外， 英国国防部及欧盟各国也启动了类似的量子密码研究计划。 量子信息科技到底将会把战争引向何方，或许目前还不能下定论。但回眸科技驱动的 千古战史，一支军队断不敢对未来的任何可能掉以轻心，因为意大利军事家杜黑早就指出：