量子時代終將到來：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，量子計算對于人們來說一直是一個“何時”到來的問題，而不是“是否”實(shí)現(xiàn)的問題。

自1959年起，人們就開始推測如何使用量子力學(xué)，并在1985年正式提出了量子計算的概念。1998年，世界第一臺可運(yùn)行的量子計算機(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)行量子計算機(jī)所面臨的巨大技術(shù)障礙。這是一場“量子霸權(quán)”的競賽——隨著時間的推移，量子比特的數(shù)量不斷攀升，從最初的2個到目前的1000多個。

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

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

做好糾錯的準(zhǔn)備

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

目前，大約每100次操作中就會發(fā)生一次“比特翻轉(zhuǎn)錯誤”， 即0與1之間的意外互換，這使得當(dāng)前一代量子計算機(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。要想讓量子計算機(jī)像傳統(tǒng)計算機(jī)一樣可靠，這樣的錯誤必須減少到萬億分之一。

正如IBM指出的那樣，關(guān)于物理錯誤率是否會降到萬分之一以下還存在一些爭議。如果是這種情況，那么就需要找到一種變通方法。而最簡單的一個解決方案是多次執(zhí)行每個操作，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)級增長的量子計算機(jī)。

然而又出現(xiàn)了另一個問題，因?yàn)榧m錯也意味著首先要減少引起噪聲的外部因素。通常情況下，為量子計算機(jī)提供動力的單個量子比特需要保持在接近絕對零度的溫度，以避免任何微小的溫度變化對構(gòu)成量子比特的單個原子造成干擾。

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破壞量子比特令人難以置信的敏感狀態(tài)，因此量子計算機(jī)需要屏蔽以避免致命的錯誤。而有些計算機(jī)是為在太空等極端環(huán)境中運(yùn)行而設(shè)計的，它們可以抵御這種干擾，它們的設(shè)計可能為未來的量子計算機(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。

為商用量子計算做好準(zhǔn)備

一旦第一個問題被成功解決，那么量子計算機(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零度的計算系統(tǒng)并不會出現(xiàn)在人們的辦公桌上，更不用說成為便攜設(shè)備。然而，這正是量子計算技術(shù)發(fā)展的未來趨勢——它可能會經(jīng)歷一個類似于傳統(tǒng)計算技術(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)大的計算資源，或者至少很難做到這一點(diǎn)。

在此期間，量子計算技術(shù)的主要威脅可能主要來源于一些國家行為體和企業(yè)（例如與政府緊密合作的國防承包商）。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)組織也需要對量子計算帶來的潛在威脅保持警惕。

雖然重要的數(shù)據(jù)都會進(jìn)行加密，但并不意味著不會受到威脅。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)計算機(jī)破解RSA-2048加密需要大約1.98億億年的時間。但是，當(dāng)不法分子能夠獲得量子計算機(jī)時，那么破解這種加密數(shù)據(jù)就會變得輕而易舉。

為后量子時代做好準(zhǔn)備

人們現(xiàn)在就必須為即將到來的后量子時代做好充分準(zhǔn)備。

雖然，人們并不知道商業(yè)上可行的量子計算機(jī)何時會問世，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。

如果一些國家行為體率先掌握這項技術(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)前所存儲信息的性質(zhì)及其未來的價值，這是至關(guān)重要的。

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