量子計算與量子傳輸

2016年8月16日大陸發射了墨子衛星，台灣的各大媒體僅以一則簡短的新聞帶過，說這是一枚做量子通訊實驗所用的衛星，結果背後商業與軍事的意涵並未得到應有的重視。

量子力學是上世紀最重要的科學進展之一，在本世紀由於對物質精細控制科技的快速進展，其中兩個應用－量子計算與量子通訊－已有機會進入商業化的階段。

量子計算擅長於BQP(Bounded error, Quantum, Polynomial time)型的複雜問題，譬如蛋白質摺疊、機器學習、投資效益極大化、大數的質因數分解等。在生醫、人工智慧、金融科技等新興領域的應用潛力自不待言，大數的質因數分解這個看似純數學的問題其實已牽涉到整個網路、金融世界的資安乃至於國防安全的問題。

現代網路及金融安全體系建構在公共鑰匙架構(PKI；Public Key Infrastructure)之上，而PKI的安全性是以大數的質因數分解難以用傳統二進位電腦計算進行為前提。如果量子計算得以商業運行，所有依賴於PKI的體系立即土崩瓦解。看一看量子計算機公司D-Wave Systems的使用者及投資者名單，包括高盛、谷歌、美國太空總署、貝佐斯、洛斯阿拉莫斯國家實驗室、中情局及洛克希德馬丁公司等，就知道這個發展值得多嚴肅對待。

如果PKI不能倚賴，剩下的就是終極安全傳輸管道－量子通訊。量子通訊傳輸的信息如果被中途惡意截獲，則發送方會立即知道而予以廢棄，因而是安全的。這是量子計算出現後的反制機制，這也是為什麼大陸要發射墨子衛星的原因。這個計劃於2011就立項，更早於合肥、長城上均已於地面用遠距離光纖通訊驗證過，上衛星是要測試大量商業的通訊應用。值得一提的是墨子衛星計劃領導人潘建偉的重要科學貢獻之一是以用於量子計算機的Shor’s algorithm寫出質因數分解程式。

台灣的整體研發規模不大，也許不能顧及每一項科技領域的基礎研究。但是台灣有龐大的電腦、伺服器、網路通訊產業，至少可以準備一下量子時代來到時的系統、零件、應用的發展。而量子計算可以惠及的領域如前述的生醫、人工智慧、金融科技等新興領域，也可以開始暖身。畢竟這是一個科技領域連其反制科技都已浮上檯面的趨勢，而其機制在科學上早已經確定無誤、可行的！