量子计算机是一种基于量子力学原理进行高速数学和逻辑运算、存储和处理的先进计算设备。它以量子比特（qubit）作为基本单位，这些量子比特可以同时处于0和1的叠加状态，与传统计算机中只能为0或1的比特形成鲜明对比。这种特性使得量子计算机在解决特定问题上展现出超越传统计算机的优势。
最近，美国国家科学院（NAS）发布了一份报告，强调量子计算机的建造难度极高，并面临着众多困境和挑战。尽管如此，报告也指出研制和完成量子计算机的可能性正在逐渐提高。鉴于量子计算机可能带来的深远影响，包括对国家安全和网络安全的潜在威胁，美国政府应提前考虑并做好准备。
量子计算机的概念最早由美国物理学家理查德·费曼在1982年提出，他设想利用量子系统构成的计算机来模拟量子现象，以减少运算时间。然而，当时这仅仅是一个理论构想。直到1994年，彼得·秀尔提出了量子质因子分解算法，证明了量子计算机在某些计算任务上的速度远超传统计算机，这才引起了科学界的广泛关注。
NAS的报告中指出：“委员会发现，没有根本性的理由能说明在原理上无法构建一台大型的容错量子计算机。”这意味着建造一台大型、稳定的量子计算机是可能的。量子计算机不仅有望推动物理学研究的深入，还可能在人工智能、药物开发等领域发挥巨大作用。
这份由众多美国量子计算领域知名科学家合撰的报告详细探讨了量子计算机研发中的挑战和潜在益处。报告指出，量子计算机本身易于出错，且纠错算法的研发短期内难以完成；此外，量子随机存取存储器（RAM）尚未研发成功，量子计算机的算法和操作系统设计也面临诸多困难。尽管如此，科学家们仍然警告美国政府，量子计算机可能带来的潜在危害不容忽视。
报告强调，量子计算机已成为国家安全问题。一台能够运行“秀尔算法”的量子计算机能够破解公钥加密技术，从而成为一台超级代码破解机器。因此，科学家们呼吁美国政府和研发机构应立即开始研究量子安全加密方法。IBM研究员、量子安全加密技术主管迈克尔·奥斯本表示：“如果量子计算机能在15到30年后投入运行，那么我们就需要开始规划向量子安全加密系统的转变了。”对此，美国政府已经认真对待科学家们的警告，并有一项向量子计算产业注资的法案正在众议院审议中。
美国防新闻网站在1月20日的报道中指出，五角大楼必须迅速行动，以免在量子计算领域落后于竞争对手。文章强调，随着量子计算机技术的不断进步，其对美国国防部的网络安全构成了日益严重的威胁。
去年3月，前美国五角大楼首席数据官大卫·斯皮克在离任时发出警告：“目前，了解量子（网络安全）影响的高级领导人数量严重不足……我坚信，量子技术将成为新一轮计算机革命的浪潮，当它席卷而来时，将给整个行业和政府带来极大的震撼。”
量子技术在军事领域的飞速发展
近年来，量子技术因其独特的量子力学特性，如量子纠缠、量子叠加和量子隧道效应等，已成为物理学和工程领域的新兴分支。与此同时，量子技术还与其他学科交叉融合，涉及计算、信息、导航、能源等多个应用领域。特别是在军事领域，量子技术被认为是具有颠覆性的关键技术，有望改变战争行为和结果。
最新的研究结果显示，量子技术对人类活动的各个领域，特别是军事领域产生了深远影响。其应用范围涵盖了量子网络安全、量子通信网络、量子电子战、量子PNT以及量子计算等多个方面。特别是量子计算机，其处理信息的能力远超传统计算机，能够破解当前保护信息所依赖的安全加密算法，使对手轻易获得敏感军事情报，破坏通信网络，甚至使军事系统陷入瘫痪。
量子技术的逐渐成熟与美国的应对策略
美国国家安全局的高层和一些专家认为，量子计算在军事领域的应用可能在未来不到10年内实现。为此，美国采取了一系列应对措施：
加速量子威胁的应对：2021年底，美国国家安全局网络安全局局长强调，开发下一代密码系统以保护武器系统免受外国对手攻击是当务之急。美国国家安全局表示，对手利用量子计算机可能对国家安全系统造成毁灭性影响。
将其他国家的量子技术进步视为紧迫威胁：2022年，美国五角大楼发布报告称，某些国家最近设计并制造的量子计算机在特定问题上已经超越了传统的高性能计算机。这也是美国国防先进研究项目局（DARPA）公布用于实用规模量子计算的未开发系统（US2QC）计划的原因，旨在探索加速量子计算机实际应用的方法。
通过立法加强量子计算网络安全：白宫最近签署了《量子计算网络安全防范法案》，旨在推动信息技术系统向后量子加密（PQC）的迁移，以保护系统免受量子计算机的攻击。
意识到留给国防部的时间有限：媒体认为，如果量子计算机能够破解当前的加密算法，将危及机密文件、战略计划甚至通信网络的安全。此外，量子计算机还可能破坏或操纵军事系统，导致潜在的人员伤亡和军事资产损坏。因此，国防部需要尽快应对量子计算机的威胁。
抢占先发优势：美国的战略焦虑与全球竞争
美国对量子技术的战略焦虑主要源于对其他国家技术进步的担忧。例如，中国早在2016年就发射了全球首颗量子通信卫星“墨子号”，并建成了世界领先的天地一体化量子通信网络。此外，中国在量子计算领域也取得了显著进展，如实现了66量子比特的“祖冲之二号”量子计算机，展示了“量子计算优越性”。
这些技术进步让美国感到危机四伏。然而，尽管某些国家在量子技术的某些方面处于领先地位，但美国仍在许多其他方面保持领先。Inside Quantum Technology的创始人兼总裁劳伦斯·加斯曼表示，美国需要继续加大投入和研发力度，以确保在全球量子技术竞争中保持领先地位。
目前，美国在抢占量子技术领域的先发优势方面正努力前行。2022年7月，美国国家标准技术研究院宣布了其后量子密码算法标准化的一个重要里程碑。据美国媒体报道，新的标准草案有望为制定具体的过渡路线图提供推动力。加密标准正在经历几十年来最大的变革，后量子密码学很快将成为所有希望与美国政府合作的企业所必须遵循的标准。此外，增加投入将为美国在抢占先发优势方面提供坚实的支撑。目前，已有高达30亿美元的联邦量子项目正在运行或计划中，其中包括12亿美元的国家量子计划。
毫无疑问，量子技术的迅猛发展将引发全球技术领域的激烈竞争。为了维护其技术领先地位，美国必将采取多种措施和手段来打压竞争对手，并竭尽全力抢占先发优势。这将使得以量子技术为代表的颠覆性技术竞争更加白热化。
结语
量子技术的快速进步和成熟加速了其向军事领域的转化和应用。作为一种颠覆性技术，量子技术在军事领域的广泛应用将深刻改变未来战争的形态和结果，这也是军事大国重点发展量子技术的重要原因。尽管美国在量子技术方面目前处于领先地位，但许多国家量子技术的迅速发展和后来居上的态势让美国深感战略焦虑。由于量子计算机能够破解当前的加密技术，特别是机密军事信息，如果仍依赖传统加密方式，可能会给国家安全带来巨大风险。因此，美国正加大投入，意图抢占先发优势，以维护其技术地位，这将进一步加剧新技术领域的竞争
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