量子計算時代即將到來 新的“危機”正在逼近

量子計算是計算機領(lǐng)域的重大突破，眾所皆知掌握量子計算可能為人類帶來無盡的好處。但有研究表明量子計算將重塑世界格局的同時，也可能帶來新的量子“危機”。計算能力能力在不斷增強，也意味著將有可能用來揭開更多的秘密。

量子計算無疑是人類計算領(lǐng)域最激動人性的突破，但有幾個重要的趨勢或風(fēng)險值得密切關(guān)注：“量子能力”將成為一國在國際上建立話語權(quán)的、新的重要基礎(chǔ);量子計算可能帶來“量子危機”，即可能給國防、金融等部門帶來新的安全風(fēng)險;有必要在“前量子時代”提前做好準(zhǔn)備，以應(yīng)對未來可能的量子攻擊。這篇寫給美國政府及相關(guān)部門的文章也同樣值得我們重視。

隨著原子力量的開發(fā)和釋放，20世紀(jì)孕育誕生了核時代。如今，我們正處在一個同樣重要的、不可逆轉(zhuǎn)的突破口上：從量子力學(xué)中吸收計算能力的時代即將到來。

從促進(jìn)癌癥研究，到揭秘多姿宇宙，掌握量子計算可能為人類帶來無盡的好處。

但是，同樣的計算能力也可用來揭開更多的秘密——從你的私人財務(wù)狀況和健康記錄，到企業(yè)研究項目和政府機密情報。

這不只限于理論：由數(shù)學(xué)家彼得·肖爾（Peter Shor）提出的一種算法表明，量子計算機能比經(jīng)典計算機更加高效地分解大數(shù)字。大數(shù)分解是如今加密標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。

掌握量子計算的結(jié)果，雖然不像蘑菇云一樣帶來強烈的視覺或震撼，但其重要性卻毫不亞于72年前在新墨西哥州Trinity基地用爆炸照亮整個天空的科學(xué)家們所面對的結(jié)果（譯者注：1945年，美國在Trinity試爆第一顆原子彈，開啟了美國的核子紀(jì)元）。

就像在整個冷戰(zhàn)期間，原子武器象征著力量，在當(dāng)今越來越數(shù)字化、越來越相互關(guān)聯(lián)的全球經(jīng)濟中，量子能力很可能會重新定義霸權(quán)。

不同于通過二進(jìn)制比特處理信息的經(jīng)典計算機，量子計算機開發(fā)量子比特（qubits）在多個狀態(tài)下同時存在的能力。這使得量子計算機能夠以超乎想象的速度進(jìn)行極其復(fù)雜的運算，并解決特定種類的問題。這些問題超越了如今大多數(shù)先進(jìn)的超級計算機的能力范圍。

如今，量子計算機開始走出實驗室，尋找更廣闊的投資，并拓展其應(yīng)用。今年10月，谷歌宣布，其到今年年底有望實現(xiàn)計算科學(xué)領(lǐng)域的突破——即量子計算機超越經(jīng)典計算機。

包括中國在內(nèi)的世界各國，都正將大量資金投入到研發(fā)領(lǐng)域，而世界可能在未來十年內(nèi)的某一天見證：某個國家可利用量子計算機使許多今天最為復(fù)雜的加密系統(tǒng)失效。

中國發(fā)射世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”

在美國，從專業(yè)學(xué)者到國家安全局，已經(jīng)達(dá)成了一個廣泛的共識，就是量子計算機將會撼動當(dāng)前保護全球金融市場和政府內(nèi)部運作的安全協(xié)議。

目前，世界各地的情報機構(gòu)都已經(jīng)開始將截獲的，當(dāng)前無法破解的加密通訊信息進(jìn)行歸檔，希望將來計算技術(shù)進(jìn)步后，能將現(xiàn)在無法讀取的無用數(shù)據(jù)變?yōu)闈撛诘挠袃r值的情報。

與此同時，某些國家也可能利用量子力量來攻擊西方資本主義核心的銀行和金融系統(tǒng)。

每個人都見識過個人黑客滲入一個系統(tǒng)時所能造成的破壞。想象一下，當(dāng)一個國家攔截全球流動的加密金融數(shù)據(jù)，并能像你閱讀這篇文章一樣容易讀取這些數(shù)據(jù)，會是一個什么樣的效果。

量子計算機體積非常龐大，價格非常昂貴，以至于除卻全球大科技公司和資金充足的研究型大學(xué)，大多數(shù)的量子計算機將由國家擁有和維護。這意味著首次量子攻擊很可能是由敵視美國及其盟友的國家組織的。他們可以像美國及其盟友所做的那樣，在破解納粹密碼后讀取軍事公報。

簡言之，量子計算既帶來了空前的機遇，也帶來了嚴(yán)重的威脅。美國必須與全世界的盟友合作，領(lǐng)導(dǎo)這一過渡進(jìn)程。不論議員們是想將其看作一項新的曼哈頓計劃，還是登月競賽，美國都不能放棄這種在科學(xué)發(fā)現(xiàn)或是國際安全方面的領(lǐng)導(dǎo)地位。

做好準(zhǔn)備，量子危機正在快速來臨。

在過去，政府部門與許多公司花了五年多的時間，斥資近5000億美元為Y2K（千禧危機）做準(zhǔn)備，結(jié)果對大多數(shù)人來說無關(guān)痛癢。但是，美國并未對專家所稱的Y2Q（量子危機）做好準(zhǔn)備，而現(xiàn)在是做好準(zhǔn)備的時候了。

即使處在一個前量子時代，對量子安全加密的需要仍是真實存在的。銀行、政府機構(gòu)、保險公司、醫(yī)院、公共機構(gòu)和航空公司，現(xiàn)在都需要考慮如何實施能夠承受量子攻擊的安保與加密措施。

在復(fù)雜的大型網(wǎng)絡(luò)里，即使是一次相對簡單的更新也可能需要數(shù)年時間。量子安全加密依靠的是即使是量子計算機也難以解決的數(shù)學(xué)方法。挑戰(zhàn)在于：確保數(shù)據(jù)流通過的每一個點，甚至該數(shù)據(jù)本身，都處在量子安保系統(tǒng)的防護之中。

目前，在北美及美國的盟友中，一些私營企業(yè)的研發(fā)正在推進(jìn)。例如，谷歌和IBM都擁有廣為人知的構(gòu)建可行量子計算機的項目。像ISARA這樣的一些公司，一小部分加密專家和程序員正在建立量子安全解決方案，以幫助高風(fēng)險行業(yè)，以及那些已經(jīng)開始自我保護的組織。

IBM研發(fā)50量子比特計算機原型

美國及其盟友必須要采取切實步驟，準(zhǔn)備應(yīng)對量子威脅。

國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所正在評估量子加密的備選算法。其它組織，像歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會和國際電信聯(lián)盟正致力于確保我們的連接系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)繼續(xù)朝著符合量子安全的方向發(fā)展。美國及其盟友必須通力合作，憑借這些努力實現(xiàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)、技術(shù)進(jìn)步和國家安全的目標(biāo)。

當(dāng)公司建立強大的量子機器，其領(lǐng)導(dǎo)者必須同時了解這些機器所帶來的風(fēng)險，以及所需的應(yīng)對措施;每個行業(yè)的主管也需要了解量子計算將對他們的遺留系統(tǒng)帶來的影響，并做好應(yīng)對準(zhǔn)備。至少，這意味著要翻新他們的網(wǎng)絡(luò)、計算機和加密的程序，以使其能夠承受一次量子攻擊。

目前最重要的是開始為政府系統(tǒng)的巨大網(wǎng)絡(luò)做準(zhǔn)備，因為從處理社會安全檢查，到分析大量電子情報，政府系統(tǒng)與這一切息息相關(guān)。