盡管從技術(shù)角度來看它們完全不同，但我們對量子計(jì)算的看法與我們對聚變能力的看法有一些相似之處。這是那些模糊的領(lǐng)域之一，未來似乎總是有很長的路要走。不同之處在于，現(xiàn)在更熱情的預(yù)測開始表明，有用的量子計(jì)算可能會在未來幾年內(nèi)出現(xiàn)，而不是仍然預(yù)計(jì)實(shí)際聚變能最終到來的數(shù)十年等待。

有效的量子計(jì)算——當(dāng)它真正得到實(shí)施時——將產(chǎn)生深遠(yuǎn)而深遠(yuǎn)的影響。其中一些可能需要更改普遍接受的硬件和軟件開發(fā)實(shí)踐，以及更換已安裝的基礎(chǔ)設(shè)施。目前在這里取得的重大進(jìn)展可能意味著我們應(yīng)該很快開始考慮這些變化。

量子計(jì)算技術(shù)可以極大地加速對大型數(shù)據(jù)庫的搜索，幫助化學(xué)家模擬分子行為，并可能導(dǎo)致人工智能 （AI） 和機(jī)器學(xué)習(xí)等其他領(lǐng)域的進(jìn)步。不幸的是，該技術(shù)還可能在用于保護(hù)存儲信息、數(shù)據(jù)通信和金融交易的強(qiáng)大加密算法中打出重大漏洞。

一些專家預(yù)測，使用 Shor 分解算法等技術(shù)的相對強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)應(yīng)該能夠在幾天甚至幾小時內(nèi)破解迄今為止牢不可破的加密算法。廣泛使用的基于 RSA 的公鑰加密算法，即使密鑰長度為 2048 位（通常稱為 RSA 2048），也被視為可能容易受到量子計(jì)算的攻擊。AES 和最近的 SHA 加密方法也可能受到在適當(dāng)?shù)牧孔佑?jì)算平臺上運(yùn)行的 Shor 算法的威脅。

跟蹤量子計(jì)算性能

就像千兆赫 （GHz） 被用作經(jīng)典 CPU 性能的衡量標(biāo)準(zhǔn)一樣，量子比特 （qubit） 提供了量子計(jì)算機(jī)性能的標(biāo)準(zhǔn)衡量標(biāo)準(zhǔn)。兩者都是易于掌握的單位，但與 GHz 不同的是，量子比特數(shù)通常會產(chǎn)生誤導(dǎo)。例如，并排連接一對 10qubit 機(jī)器并不會自動產(chǎn)生 20qubit 機(jī)器——主要是因?yàn)樗鼈兊牧孔颖忍貨]有一起工作（它們沒有糾纏在一起，使用正確的術(shù)語）。

量子位的另一個常見問題是它可能有點(diǎn)不可靠。處理相同的問題可能會在每次通過量子計(jì)算機(jī)運(yùn)行時產(chǎn)生不同的答案。因此，為了更有意義，量子比特數(shù)應(yīng)該伴隨著錯誤率的指示。一些公司最近發(fā)布的聲明描述了聲稱擁有 100 多個無錯誤量子比特的量子計(jì)算機(jī)。

是時候開始擔(dān)心了嗎？

盡管存在這些擔(dān)憂，但似乎相對清楚的是，我們可以將抗量子密碼學(xué)的推出至少推遲幾年。2018 年，由美國國家科學(xué)、工程和醫(yī)學(xué)研究院召集的專家小組得出結(jié)論，盡管該領(lǐng)域取得了進(jìn)展，但量子計(jì)算方法將在十年內(nèi)破解 RSA 2048 仍然“非常出乎意料”。

其他迫使進(jìn)行昂貴的硬件和軟件更改的事件/事件（例如全球 Y2K 問題甚至主要的操作系統(tǒng)升級）讓我們對量子計(jì)算可能在未來造成的潛在動蕩有所了解。然而，這些事件中的大多數(shù)都是提前預(yù)測的，通常是在它們發(fā)生的那一天。與此相反，重大的量子突破不可能以如此準(zhǔn)確的方式進(jìn)行預(yù)測，而且可能比最初估計(jì)的要早得多或晚得多。

減輕量子威脅

早在 2016 年，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院 （NIST） 就公開呼吁后量子公鑰密碼算法。正如目前所理解的那樣，確實(shí)有各種方法在理論上更能抵抗被量子計(jì)算破解。然而，在部署的設(shè)備中發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)經(jīng)過驗(yàn)證的龐大密碼學(xué)基礎(chǔ)并不依賴于這些方法。這主要是因?yàn)樗鼈冊谙牡哪芰亢驼加玫挠布臻g方面的成本要高得多。

科幻作家威廉·吉布森（William Gibson）有句名言：“未來已經(jīng)到來——只是分布不是很均勻?！?我們是否應(yīng)該擔(dān)心一個國家或公司會利用秘密的量子計(jì)算突破？2018 年 11 月，量子計(jì)算企業(yè)家 William Hurley 淡化了這種恐懼，他告訴 Mouser‘s Benchtalk，“現(xiàn)在每個量子研究人員都在與來自世界各地的其他人合作。所以如果你想要進(jìn)步，你就不能把它鎖起來。”

對開發(fā)人員的影響

如果我們接受量子計(jì)算的進(jìn)步可能會威脅到我們當(dāng)前這一代的密碼算法，那么我們就必須為徹底改變做好準(zhǔn)備。第一步將是研究哪些算法被認(rèn)為是抗量子的，或者可以升級以使其抗量子——同時關(guān)注 NIST 等組織的建議。

軟件將需要更新。抗量子加密算法可能需要更多的計(jì)算能力——也許更多數(shù)量級。例如，一項(xiàng)提議的 RSA 升級建議從 4kbit 密鑰長度到相當(dāng)令人生畏的 1Tbit 密鑰長度，以確保足夠的量子抗性。

我們應(yīng)該明白，量子計(jì)算機(jī)肯定不會完全取代傳統(tǒng)的計(jì)算技術(shù)。量子計(jì)算機(jī)可能非常擅長制定最有效的網(wǎng)絡(luò)路由，但它不會取代負(fù)責(zé)執(zhí)行該路由的交換機(jī)和其他硬件。事實(shí)上，量子計(jì)算的廣泛使用可能會推動對傳統(tǒng)計(jì)算產(chǎn)品的更高需求。這在短期內(nèi)無疑是正確的——由于升級和替換了可能過時和過時的技術(shù)。從長遠(yuǎn)來看，它也可能具有一定的可信度——因?yàn)橐郧拔撮_發(fā)的新應(yīng)用程序?qū)⑼蝗婚_始變得可行。因此，雖然量子計(jì)算注定會成為一項(xiàng)顛覆性技術(shù)，但它將增強(qiáng)我們當(dāng)前的技術(shù)格局，而不是取代它。

審核編輯：郭婷