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「量子大軍」出動(dòng),中國(guó)實(shí)驗(yàn)室破解世界級(jí)算法難題!MRD碼微秒級(jí)加密防竊聽,6G無人機(jī)爆炸性飛躍

發(fā)布人:傳感器技術(shù) 時(shí)間:2024-04-01 來源:工程師 發(fā)布文章
【導(dǎo)讀】最近,國(guó)內(nèi)頂尖實(shí)驗(yàn)室——領(lǐng)存實(shí)驗(yàn)室,破解了一個(gè)世界級(jí)的算法難題——矩陣糾錯(cuò)編碼技術(shù)MRD碼。這個(gè)顛覆級(jí)的進(jìn)步,不光能給我們帶來現(xiàn)實(shí)版「生活大爆炸」,還能防止敵國(guó)竊聽和電磁干擾,保護(hù)國(guó)家安全,上演復(fù)雜無人機(jī)演出,甚至托起6G的未來!


近期,「新質(zhì)生產(chǎn)力」成為備受市場(chǎng)關(guān)注的熱詞,不僅被寫入2024政府工作報(bào)告,更被列為十大任務(wù)之首。從古至今,人類社會(huì)的發(fā)展離不開生產(chǎn)力的變革,每一次生產(chǎn)力的變革都讓人類社會(huì)發(fā)生天翻地覆的變化。從工業(yè)革命、電氣革命到信息革命,生產(chǎn)力與生產(chǎn)關(guān)系的變化深刻影響著全球經(jīng)濟(jì)格局,發(fā)展「新質(zhì)生產(chǎn)力」也是我們不容錯(cuò)過的下一次機(jī)遇。2024年,被不少業(yè)內(nèi)人士視為AI產(chǎn)品的「爆發(fā)年」。ChatGPT代表著信息理解、獲取與處理信息的人工智能水平,而Sora的誕生象征著文生視頻發(fā)展的新一項(xiàng)「里程碑」。AI將重塑各行各業(yè),并產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響,已成為行業(yè)共識(shí)。全球科技巨頭都在AI和大語言模型等方面展開重點(diǎn)布局,國(guó)內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)大廠們也在不遺余力地跟上這波AI熱潮。從騰訊、阿里、百度、到華為、華為等,紛紛加碼投入AI賽道。然而,相比早早入局的國(guó)際科技巨頭,中國(guó)人工智能在技術(shù)發(fā)展層面上仍然存在著相當(dāng)差距,加之受限于芯片管制算力吃緊,以及大模型訓(xùn)練所需投入過于高昂等因素,也使得中國(guó)企業(yè)的追趕之路任重而道遠(yuǎn)。

中國(guó)科技新殺器:量子通信


但AI的技術(shù)戰(zhàn)只是上半場(chǎng),在量子技術(shù)新賽道,中國(guó)科技醞釀著一個(gè)大殺器——量子通信。5G,作為新一代移動(dòng)通信技術(shù),已經(jīng)廣泛應(yīng)用在我們的日常生活中,相比之下,量子通信還是一個(gè)非常時(shí)髦但又讓普通人不明所以的存在。那么量子力學(xué)是如何作用于通信領(lǐng)域的呢?量子力學(xué)的特征有三點(diǎn):疊加、測(cè)量和糾纏。簡(jiǎn)單來說:

  • 「疊加」保證了一個(gè)量子比特在偏振中可以有無限個(gè)狀態(tài),而非數(shù)字比特只有0和1兩個(gè)狀態(tài)。疊加原理既能用來做量子計(jì)算,也能用來做量子加密。
  • 「測(cè)量」保證了量子的真正隨機(jī)性(randomness),量子力學(xué)的「測(cè)量」讓「眼見為實(shí)」失去意義,每一次測(cè)量都會(huì)產(chǎn)生隨機(jī)的結(jié)果,而且測(cè)量本身也會(huì)改變結(jié)果,用在加密上就增加了傳輸錯(cuò)誤率,因此一旦有第三方「竊聽」,通信雙方就能立刻發(fā)現(xiàn)。
  • 量子糾纏」就更厲害了,它可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)粒子的超遠(yuǎn)距離的通信同步,不過對(duì)于量子加密來說,就有點(diǎn)像「火箭送快遞」一樣大材小用。

因此,現(xiàn)在量子通信,只要充分利用量子疊加和測(cè)量的手段,單個(gè)粒子就能產(chǎn)生相同的隨機(jī)數(shù),完成「量子密鑰分發(fā)」。那么,在全球量子通信產(chǎn)業(yè)競(jìng)賽中,中國(guó)處在一個(gè)怎樣的位置?這一次我們可以不客氣地說,中國(guó)的量子通信暫時(shí)取得了領(lǐng)先。從量子通信領(lǐng)域的專利數(shù)、申請(qǐng)專利的機(jī)構(gòu)以及量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定來看,中國(guó)企業(yè)同樣占據(jù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。比如,在量子通信技術(shù)專利數(shù)排名世界前十的機(jī)構(gòu)中,有7家都是中國(guó)的。

中國(guó)實(shí)驗(yàn)室,破解世界級(jí)量子算法難題


對(duì)于遠(yuǎn)距離信息通信來說,信息傳輸?shù)男逝c安全性的問題一直是有待解決的問題。但在深圳,有一家軍工企業(yè)就解決了這個(gè)難題,通過MRD碼實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)的編解碼性能,提供了一個(gè)抵御量子計(jì)算機(jī)攻擊的可行和高效的加密手段。通過對(duì)MRD碼的修改(量子MRD碼,QMRD),在量子通信中可以解決量子位傳輸錯(cuò)誤,推動(dòng)量子技術(shù)的發(fā)展。它就是深圳市領(lǐng)存技術(shù)有限公司,領(lǐng)存具有豐富的研究經(jīng)驗(yàn)和雄厚的技術(shù)實(shí)力,是國(guó)家固態(tài)硬盤標(biāo)準(zhǔn)制定者之一,以及歐洲某些國(guó)家飛機(jī)黑匣子的提供者,在其成立之初,便同步成立了匯聚多位國(guó)內(nèi)外知名學(xué)者和專家的領(lǐng)存實(shí)驗(yàn)室。領(lǐng)存實(shí)驗(yàn)室核心智能在于顛覆性技術(shù)的原理性創(chuàng)新和突破,解決「卡脖子」技術(shù),研發(fā)全球尚未突破的、與計(jì)算和存儲(chǔ)相關(guān)的核心技術(shù),包括無損壓縮技術(shù)、后量子時(shí)代的加密技術(shù)、隱私計(jì)算、及糾錯(cuò)算法。MRD碼,全稱為最大秩距碼(Maximum Rank Distance Codes),是一種用于糾正矩陣錯(cuò)誤的編碼技術(shù)。顧名思義,這種編碼的主要功能就是防止數(shù)據(jù)傳輸過程中的錯(cuò)誤或數(shù)據(jù)丟失。想象你正在發(fā)送一條信息,比如「我愛吃蘋果」,但是它突然變成了「我受吃蘋果」,這可怎么辦?為了避免這種情況,你可以在原始數(shù)據(jù)中添加一些額外的信息(稱為校驗(yàn)位),這樣即使信息在傳輸中出錯(cuò),接收者也能根據(jù)這些校驗(yàn)位找出錯(cuò)誤并糾正它。然而,為復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算、對(duì)硬軟件的極高要求都導(dǎo)致在真實(shí)場(chǎng)景中應(yīng)用MRD碼變得異常困難。經(jīng)過多年的深入研究,2024年春節(jié)前夕,領(lǐng)存宣布了一個(gè)激動(dòng)人心的好消息:領(lǐng)存實(shí)驗(yàn)室通過巧妙的算法解決了MRD碼的技術(shù)難題,使其即使在算力極為微弱的現(xiàn)實(shí)條件下,依然可以實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)的編解碼性能!不同于傳統(tǒng)糾錯(cuò)碼,MRD碼需要建立在擴(kuò)展的極高次伽羅瓦體(Galois Field)上,記為GF(q^m)(m為正整數(shù))。在實(shí)際應(yīng)用中,m是一個(gè)較大的正整數(shù),因此伽羅瓦體就會(huì)變得很大。如此高次的伽羅瓦體的構(gòu)建和計(jì)算是極其困難的,由此導(dǎo)致MRD碼現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的困難。而領(lǐng)存開發(fā)的技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)極高次伽羅瓦體的更簡(jiǎn)單構(gòu)建,完全將編譯碼的完成時(shí)間控制在微秒級(jí),徹底突破了MRD碼從理論通向?qū)嵱玫恼系K。在低軌衛(wèi)星和中軌衛(wèi)星組網(wǎng)的模擬測(cè)試中,領(lǐng)存實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的MRD碼在糾錯(cuò)性能上相比傳統(tǒng)糾錯(cuò)編碼(LDPC編碼)實(shí)現(xiàn)了超過1萬倍的提升。這一成果將極大地提升在極端環(huán)境下的通信可靠性與效率,尤其是在天基信息網(wǎng)絡(luò)及深空通信領(lǐng)域具有劃時(shí)代的意義。更為值得一提的是,該項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)不僅提高了數(shù)據(jù)處理速度和傳輸效率,還為信息安全領(lǐng)域帶來了革命性的影響。在數(shù)學(xué)理論上,領(lǐng)存MRD碼算法也被認(rèn)為是具備抗量子解密的能力。也就是說,相當(dāng)于是從高鐵時(shí)代一步跨越到了磁懸浮時(shí)代!

生活大爆炸,信息防竊取


也許這些理論技術(shù)知識(shí)你還是覺得過于深?yuàn)W,但每當(dāng)一項(xiàng)顛覆性的新技術(shù)問世時(shí),將給全世界帶來巨大的變革,人們的生活也會(huì)發(fā)生翻天覆地的變化。領(lǐng)存MRD碼實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)的編解碼性能落地應(yīng)用后的生活真的會(huì)像科幻走進(jìn)現(xiàn)實(shí)一樣神奇。你可以想象這樣的生活嗎?

  • 信息傳輸無比絲滑,網(wǎng)上沖浪再也不會(huì)卡頓,看高清視頻也完全不怕!

  • 手機(jī)信號(hào)更強(qiáng),地鐵里也能暢快通話!家居更加智能,家里的燈、空調(diào)都可以遠(yuǎn)程控制,出門超級(jí)放心!

  • 銀行交易更安全,不必?fù)?dān)心信息被竊取,資金更安全,生活才會(huì)更踏實(shí)!

聽起來像電視廣告,但這就是MRD碼實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)的編解碼性能后即將為我們帶來的現(xiàn)實(shí)版「生活大爆炸」。當(dāng)MRD碼應(yīng)用于家庭網(wǎng)絡(luò)通信,數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性將極大提高,「智能」冰箱、電視再也不是「商業(yè)噱頭」。遠(yuǎn)程醫(yī)療將更為準(zhǔn)確和高效,相隔千里的醫(yī)生卻能通過無延遲影像與手術(shù)器械控制為病人看診治療,醫(yī)療資源即將普惠更多需要的人。萬眾期待的自動(dòng)駕駛,也將在MRD碼的護(hù)航下,極大提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。解放雙手的出行不再遙不可及!在后量子時(shí)代,MRD碼的意義在于提供了一個(gè)抵御量子計(jì)算機(jī)攻擊的可行和高效的加密手段——其強(qiáng)大的抗干擾和抗竊聽能力,能夠保護(hù)信息的安全傳輸,防止國(guó)家機(jī)密泄露!尤其是在軍事領(lǐng)域,如電子對(duì)抗中,MRD碼可以提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力和容錯(cuò)性,保證在惡劣環(huán)境下通信的穩(wěn)定性和可靠性,無懼?jǐn)撤礁蓴_和地形阻隔!在智算中心中,它可以進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸?shù)募m錯(cuò)和恢復(fù),讓數(shù)據(jù)的計(jì)算效率up!up!up!在未來,你可以期待:

  • 國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人的電話將再也不會(huì)被敵對(duì)國(guó)家竊聽,你的信息也會(huì)更加安全;
  • 在信息戰(zhàn)中,敵方很難通過電磁干擾來破壞我方通訊;
  • 一場(chǎng)盛大的無人機(jī)編組演出將可以在各種復(fù)雜地形中上演

......而MRD碼強(qiáng)大的抗干擾能力對(duì)于提升6G網(wǎng)絡(luò)在復(fù)雜環(huán)境下的通信性能也具有重要意義。關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破之后,MRD碼的應(yīng)用可以使6G網(wǎng)絡(luò)更好地應(yīng)用高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶魬?zhàn),有效防止數(shù)據(jù)傳輸過程中的錯(cuò)誤和干擾,保證通信的穩(wěn)定性和可靠性,為用戶提供更加流暢、高效的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。MRD碼在6G發(fā)展中具有著舉足輕重的地位,真正托舉起6G的未來!在不久的未來,MRD碼將在未來的各個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用,你準(zhǔn)備好顛覆你的「生活劇本」了嗎?科技日新月異,新一輪工業(yè)革命已經(jīng)展開,中國(guó)有著巨量的市場(chǎng)規(guī)模和豐富的數(shù)據(jù)量,相信MRD碼的未來將有著更多元化的AI應(yīng)用場(chǎng)景,對(duì)我國(guó)在新質(zhì)生產(chǎn)力、通信和數(shù)據(jù)安全等方面的深入發(fā)展具有重要的意義。而在伴隨全科技競(jìng)爭(zhēng)升溫,新產(chǎn)品新技術(shù)如雨后春筍般爆發(fā),是我國(guó)科技實(shí)力和綜合國(guó)力的有力證明。來源:新智元


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