一項人們可能從未聽說過的技術將在不久的未來成為重塑地球的重大革命力量,這場革命就是量子運算。通俗的說就是電腦專家和其他領域的科學家正利用量子力學(也就是復仇者在電影終局之戰中藉以穿越時空的技術),來打造會讓今日最快的電腦也相形見絀的超級電腦。
量子競賽有可能會重新洗牌世界各國於軍事、經濟和科技的強權地位,也將重新定義通信、醫療、金融和能源等產業。這不僅是美國和中國的競賽,俄國、歐盟、加拿大和近期加入的以色列都希望能取得主導地位,或者就以色列而言,至少在談判桌上取得一席之位,好比各國在太空競賽的角力。誰將在這場競賽中勝出,並在未來數十年佔上風呢?針對這個議題,以色列媒體耶路撒冷郵報The Magazine專欄與美國、以色列政經領域的官員和專家進行了討論。
Bob Blakley是全球領先之資安創投機構Team8的營運合夥人,日前也曾是美國國家科學院量子運算委員會的成員之一。他表示就一年前的數據來看,不計入政府機密性的黑色預算,各國政府在量子技術上投入的預算仍以中國居首。歐洲、澳洲和美國也都有非常穩健強勁的公司在量子感應、量子通訊、量子電腦建造等領域,當然還有Google、Microsoft等公司。Google在2019年10月曾宣佈其實現量子霸權。但Blakley解釋Google所實現的量子電腦尚在過渡階段,距離真正能顛覆遊戲規則的通用型量子電腦還差很多。 其他跨國大公司Amazon、IBM、Honeywell、IonQ、Cambridge Quantum Computing、Rigetti等也都是量子競賽的主要參與者。
以色列如何融入這場世界大國的量子角力?以色列國防軍前少將Yitzhak Ben Israel指出以色列在量子力學方面的研究非常強,此領域的一些重大突破也來自以色列的研究人員,比如現今已80多歲、專精在量子物理,也曾獲美國總統歐巴馬頒發國家科學獎章的物理學家Yakir Aharonov。以色列在50年代就開始研究量子力學了,到現在已累積兩個世代的學生 。
然而Yitzhak Ben Israel指出以色列的理論實力雖強,但在部分實際應用上的投資和專業技術卻不大平衡。迄今以色列僅將主要精力放在研發量子程式應用和軟體上,並通過雲端連接加入美國或其他地方的量子電腦行列,直到非常近期才開始投入自身的量子運算計畫。以色列需要在學術、業界、科技上對量子技術進行更多投入,也要發展量子電腦等硬體層面。然而當下正面臨沒有預算的窘境,自2019年4月以來因國內大選和疫情的緣故,受批准的14億新謝克爾(約新台幣120億)的預算大部分都卡住了。即便量子相關的預算已是國家共識的一部分,但在中央遲遲無法審核新一財政年度預算的情況下,財政部也無從撥款。國家的量子計畫是存在的,只差通過預算法的臨門一腳。以色列國防部研發單位下的量子研究部門總召Tal David則指出2020年夏天已通過的12億5千萬新謝克爾(約台幣107億元)的預算,而且即便在中央政府的預算僵局下,大批的量子技術專案仍持續進行。
Classiq是以色列在量子領域的第一家新創公司,專門研發量子運算軟體程序,以幫助民間企業發揮量子技術應用潛力。Classiq主要在為量子軟體開發者賦能,讓這些能撼動世界的量子演算法和程式應用之開發成為可能。Classiq的共同創辦人暨執行長Nir Minerbi(曾參與色列國防軍超級精英Talpiot計畫、情報單位8200,也曾在以色列國家軍工公司Rafael工作)、執行長Yehuda Naveh博士(量子領域頂尖學者)、研發副總Amir Naveh(曾參與Talpiot計畫,並曾服務於國防部)。Naveh指出Classiq先前的一個研發重點是最佳化投資組合和期權定價。金融機構可用量子電腦來分析資產不同的行為路徑,並從中模擬出期權的最佳定價。Classiq將客戶提供的參數對映到模型中,再經由自動化解決產生一個具體的量子電路,從而提供所需的投資指示。除金融業,汽車產業也將是受量子技術顛覆的領域,幾乎所有的主要汽車製造商,在某種程度上都已將量子運算整合進他們的商業模式中。量子運算將提高汽油效率、減少污染,並運用材料科學來研發更好且更輕的車子。
此外Classiq共同創辦人暨執行長Nir Minerbi也提到整個資安社群都有量子創傷症候群,因為量子技術其中一個最惡名昭彰的應用就是利用量子電腦來執行Peter Shore在1994年研發的演算法,以破解RSA加密。RSA加密是一種公鑰加密系統,被廣泛應用在保障數據傳輸安全,特別是在不安全的網際網路上。一直以來有預言指出RSA加密終將因量子運算被破解,網路上許多受其機制保護的應用也會因此被淘汰。量子除了會顛覆重大產業外,也會徹底改變資安領域上在防禦的應變方式。運用量子技術人們將可對薄弱點進行更有系統的評估並同步進行防堵,在惡意軟體進入系統的當下就發現問題,並立即分析這些惡意軟體真正意圖的破壞。沒有量子運算的幫助,一些防禦手段和攻擊後的資安鑑識評估根本無法進行,因為要檢查的地方和所需進行的操作實在太多,現有電腦礙於其速度和性能的限制處理不完。
根據美國陸軍2018年8月的報告和美國國防部2019年的報告都對中國持續的技術進步所帶來的軍事影響表示關切。隨著全球角力而來的是量子技術的軍事化,征服量子領域已成為當今世界各國競爭最激烈的範疇之一。量子運算不僅止於推動科學發展,而是終將改變並推翻國家之間作戰環境的技術。若中國或其他國家獲得量子軍事優勢,讓美國或以色列屈於下風,這將改變強國在軍事技術上擁有實質優勢的平衡。
國防部官員David在沒有提到具體細節的情況下指出,大家很清楚為什麼量子技術與軍事有關,在此想獲得敵方沒有之能力的重要性也就不言而喻了。談到軍事上的擔憂,Yitzhak Ben Israel講述大約十年前有位學者Yakir Aharonov曾警示過,並表示中國有可以發現匿蹤戰機的潛在但鮮為人知的新技術,但十多年已過去,新的威脅也並未成真。這樣的現象證明即使中國不能被忽視,但Yitzhak Ben Israel仍樂觀地認為民主國家將長期在相關的主要技術保持領先。
量子產業分析公司Inside Quantum Technology創辦人兼總裁Lawrence Gasman認為中國對美國的威脅比當年俄國的威脅更大,美國接下來會投入更多資源及精力在越趨進步的後量子電腦技術與量子密鑰分發上,好以保護資產,但沒有任何事物是全然無懈可擊的。量子密鑰分發是運用量子力學要素來構成加密協議的安全通訊方式。Classiq的研發副總Amir Naveh認為量子運算將徹底革新整個數位世界和其他資安問題,國家安全問題、技術問題、量子計畫等不過是一系列待解決的難題。物件探測可改善圖最佳化,並用在收集情報和打擊特定恐怖威脅上。也就是說隨著各國在量子的發展,即便美國需因應對手競爭,但從積極面來看,可能讓以色列在情報收集及定位恐怖威脅上得到重大好處。
那商業領域又會如何受到影響呢?如Classiq公司提到的資安會與量子技術息息相關。Team8的營運合夥人Bob Blakley則認為會在量子化學和材料科學領域看到突破,將會有新藥、新式飛機烤漆和防鏽塗料的發現。在金融方面,量子技術也會被用在最佳化投資組合,為投資世界帶來新的模式。此外機器學習的應用也可能帶來能源革命。世界上大部分的肥料都是氮肥,人們也知道如何大規模製造氮肥,但既有的製造過程是能源密集的,製造氮肥的生產活動消耗世界上2%的能源。然而植物卻可在幾近零耗能的情況下做同樣的製造。因此人們冀望透過量子模擬化學過程,找到在低能耗下生產氮肥的方式。這樣一來可減緩氣候暖化,並提高糧食產量,杜絕因無法為農作物施肥而導致的飢荒和糧食短缺。量子產業分析公司Inside Quantum Technology創辦人兼總裁Lawrence Gasman認為從商業層面來看,量子技術將開闢全新且高度安全的網路,人們也開始談論量子網路取代既有網際網路的設想。Yitzhak Ben Israel則認為量子技術和物聯網結合將帶來一場醫療革命,實現在人體內放置既有設備完全難望項背的微小機械裝置,以幫助調節和監測身體功能。
無論是瓦解舊的網際網路並重建新的網路模式,抑或是在軍事、經濟、醫療、能源等產業帶來典範轉移:生活中似乎已沒有幾個領域將不為這波量子電腦潮流撼動。