量子時(shí)代終將到來：先進(jìn)性與破壞性共存，必須從現(xiàn)在起做好準(zhǔn)備！

極客網(wǎng)·極客觀察5月29日 多年來，量子計(jì)算對(duì)于人們來說一直是一個(gè)“何時(shí)”到來的問題，而不是“是否”實(shí)現(xiàn)的問題。

自1959年起，人們就開始推測(cè)如何使用量子力學(xué)，并在1985年正式提出了量子計(jì)算的概念。1998年，世界第一臺(tái)可運(yùn)行的量子計(jì)算機(jī)誕生。

總的來說，在過去的40年里，人們一直在努力克服制造可運(yùn)行量子計(jì)算機(jī)所面臨的巨大技術(shù)障礙。這是一場(chǎng)“量子霸權(quán)”的競(jìng)賽——隨著時(shí)間的推移，量子比特的數(shù)量不斷攀升，從最初的2個(gè)到目前的1000多個(gè)。

然而，隨著量子計(jì)算的崛起，也出現(xiàn)一個(gè)重大問題：量子計(jì)算對(duì)于安全領(lǐng)域的潛在影響。鑒于量子計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)勝于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力，它們有可能破解當(dāng)前保障全球數(shù)字安全的加密算法。

盡管這一威脅不會(huì)立即顯現(xiàn)，但在人們?cè)谠u(píng)估量子計(jì)算是一種變革性的新技術(shù)還是潛在的重大威脅時(shí)（或者兼而有之），必須采取一系列措施，為后量子時(shí)代的到來做好準(zhǔn)備。

做好糾錯(cuò)的準(zhǔn)備

量子計(jì)算機(jī)當(dāng)前面臨的最為迫切的一個(gè)挑戰(zhàn)就是糾錯(cuò)問題。

目前，大約每100次操作中就會(huì)發(fā)生一次“比特翻轉(zhuǎn)錯(cuò)誤”， 即0與1之間的意外互換，這使得當(dāng)前一代量子計(jì)算機(jī)實(shí)際上毫無用處，特別是在像破解加密這樣的數(shù)學(xué)密集型操作中。要想讓量子計(jì)算機(jī)像傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)一樣可靠，這樣的錯(cuò)誤必須減少到萬億分之一。

正如IBM指出的那樣，關(guān)于物理錯(cuò)誤率是否會(huì)降到萬分之一以下還存在一些爭(zhēng)議。如果是這種情況，那么就需要找到一種變通方法。而最簡(jiǎn)單的一個(gè)解決方案是多次執(zhí)行每個(gè)操作，并選取最常見的結(jié)果作為最終結(jié)果，盡管這意味著需要構(gòu)建規(guī)模呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的量子計(jì)算機(jī)。

然而又出現(xiàn)了另一個(gè)問題，因?yàn)榧m錯(cuò)也意味著首先要減少引起噪聲的外部因素。通常情況下，為量子計(jì)算機(jī)提供動(dòng)力的單個(gè)量子比特需要保持在接近絕對(duì)零度的溫度，以避免任何微小的溫度變化對(duì)構(gòu)成量子比特的單個(gè)原子造成干擾。

這些干擾是導(dǎo)致誤差的源頭，即使是與外部原子的相互作用也會(huì)破壞量子比特令人難以置信的敏感狀態(tài)，因此量子計(jì)算機(jī)需要屏蔽以避免致命的錯(cuò)誤。而有些計(jì)算機(jī)是為在太空等極端環(huán)境中運(yùn)行而設(shè)計(jì)的，它們可以抵御這種干擾，它們的設(shè)計(jì)可能為未來的量子計(jì)算機(jī)如何需要屏蔽外部干擾指明了方向。

在短期內(nèi)，解決這些挑戰(zhàn)將是量子計(jì)算機(jī)開發(fā)人員面臨的最重要的技術(shù)障礙。

為商用量子計(jì)算做好準(zhǔn)備

一旦第一個(gè)問題被成功解決，那么量子計(jì)算機(jī)將如何發(fā)展?

顯然，在空間站中使用的具有電磁屏蔽的大量量子比特保持在接近絕對(duì)零度的計(jì)算系統(tǒng)并不會(huì)出現(xiàn)在人們的辦公桌上，更不用說成為便攜設(shè)備。然而，這正是量子計(jì)算技術(shù)發(fā)展的未來趨勢(shì)——它可能會(huì)經(jīng)歷一個(gè)類似于傳統(tǒng)計(jì)算技術(shù)的初始階段，將作為大型主機(jī)主要用于政府、軍事以及科研領(lǐng)域。

商業(yè)應(yīng)用可能會(huì)通過云服務(wù)的形式來提供（例如谷歌的TPU），盡管這些服務(wù)在初期可能價(jià)格高昂，只有大型企業(yè)才能承擔(dān)得起。但這意味著，沒有獲得政府支持的黑客組織在數(shù)年或數(shù)十年內(nèi)可能無法輕易訪問這些強(qiáng)大的計(jì)算資源，或者至少很難做到這一點(diǎn)。

在此期間，量子計(jì)算技術(shù)的主要威脅可能主要來源于一些國(guó)家行為體和企業(yè)（例如與政府緊密合作的國(guó)防承包商）。在過去的沖突中已經(jīng)看到，一些公用事業(yè)公司甚至私人企業(yè)受到攻擊，因此，不僅政府和軍事相關(guān)企業(yè)，其他行業(yè)組織也需要對(duì)量子計(jì)算帶來的潛在威脅保持警惕。

雖然重要的數(shù)據(jù)都會(huì)進(jìn)行加密，但并不意味著不會(huì)受到威脅。例如，如果不法分子現(xiàn)在要從一家公司獲取大量的加密數(shù)據(jù)，他們幾乎不可能解密，因?yàn)椴捎脗鹘y(tǒng)計(jì)算機(jī)破解RSA-2048加密需要大約1.98億億年的時(shí)間。但是，當(dāng)不法分子能夠獲得量子計(jì)算機(jī)時(shí)，那么破解這種加密數(shù)據(jù)就會(huì)變得輕而易舉。

為后量子時(shí)代做好準(zhǔn)備

人們現(xiàn)在就必須為即將到來的后量子時(shí)代做好充分準(zhǔn)備。

雖然，人們并不知道商業(yè)上可行的量子計(jì)算機(jī)何時(shí)會(huì)問世，但一旦出現(xiàn)，一些目前看似安全方面牢不可破的數(shù)據(jù)將變得相當(dāng)脆弱。這可能包括仍在使用的銀行賬戶詳細(xì)信息、受專利保護(hù)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)、敏感的健康記錄，以及那些仍在有使用的密碼。

如果一些國(guó)家行為體率先掌握這項(xiàng)技術(shù)，他們就能輕易偽造原有數(shù)據(jù)，甚至利用多年前的“證據(jù)”來構(gòu)建新的身份。

因此，對(duì)于任何處理客戶數(shù)據(jù)的企業(yè)而來說，他們必須開始密切關(guān)注當(dāng)前所存儲(chǔ)信息的性質(zhì)及其未來的價(jià)值，這是至關(guān)重要的。

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