盡管從技術(shù)角度來看它們完全不同，但我們對量子計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，有用的量子計算可能會在未來幾年內(nèi)出現(xiàn)，而不是仍然預(yù)計實際聚變能最終到來的數(shù)十年等待。

有效的量子計算——當(dāng)它真正得到實施時——將產(chǎn)生深遠而深遠的影響。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展可能意味著我們應(yīng)該很快開始考慮這些變化。

量子計算技術(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） 和機器學(xué)習(xí)等其他領(lǐng)域的進步。不幸的是，該技術(shù)還可能在用于保護存儲信息、數(shù)據(jù)通信和金融交易的強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)的相對強大的量子計算機應(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)牧孔佑嬎闫脚_上運行的 Shor 算法的威脅。

跟蹤量子計算性能

就像千兆赫 （GHz） 被用作經(jīng)典 CPU 性能的衡量標準一樣，量子比特 （qubit） 提供了量子計算機性能的標準衡量標準。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 機器并不會自動產(chǎn)生 20qubit 機器——主要是因為它們的量子比特沒有一起工作（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不可靠。處理相同的問題可能會在每次通過量子計算機運行時產(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算機。

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)域取得了進展，但量子計算方法將在十年內(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確的方式進行預(yù)測，而且可能比最初估計的要早得多或晚得多。

減輕量子威脅

早在 2016 年，美國國家標準與技術(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，確實有各種方法在理論上更能抵抗被量子計算破解。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。這主要是因為它們在消耗的能量和占用的硬件空間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算突破？2018 年 11 月，量子計算企業(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算的進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備。第一步將是研究哪些算法被認為是抗量子的，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算能力——也許更多數(shù)量級。例如，一項提議的 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，量子計算機肯定不會完全取代傳統(tǒng)的計算技術(shù)。量子計算機可能非常擅長制定最有效的網(wǎng)絡(luò)路由，但它不會取代負責(zé)執(zhí)行該路由的交換機和其他硬件。事實上，量子計算的廣泛使用可能會推動對傳統(tǒng)計算產(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)。從長遠來看，它也可能具有一定的可信度——因為以前未開發(fā)的新應(yīng)用程序?qū)⑼蝗婚_始變得可行。因此，雖然量子計算注定會成為一項顛覆性技術(shù)，但它將增強我們當(dāng)前的技術(shù)格局，而不是取代它。

審核編輯：郭婷