擔憂中國量子科技優勢，美國計劃構建抗量子密碼體系

2020-12-15 本源量子計算

就在近日，中國科學家成功驗證了光量子計算機——九章的「量子優越性」，成為繼美國之後，第二個實現「量子霸權」的國家。根據報導，中國的光量子計算原型機其運算速度要遠高於美國去年實現量子霸權的谷歌的量子計算機。

九章光量子計算原型機。圖片來源：USTC


早在1994年量子計算理論發展的初期，美國數學家Peter Shor就提出了讓量子計算變得可行的Shor大數分解算法，這讓量子計算機威脅到網絡加密只是一個時間問題。

應用數學家Peter Shor解決了量子計算領域的一個重要問題。來源：BBVA FOUNDATION。


RSA算法的安全性取決於大整數的分解，因為長期以來,人們普遍認為,大數質因子分解不存在經典的多項式算法,或者說是有效算法。然而，Shor算法的功能可以在多項式步驟內進行大數質因子分解，所以Shor算法在理論上破解了RSA公鑰密碼。

理論上，當可以運行Shor算法的量子計算機出現時，現代社會賴以運行的密碼體系就將崩潰。你我的銀行卡密碼、所有隱私數據，乃至國家軍事機密都不再安全。幸運地是，目前這樣的神器還未出現，但量子計算的聖杯或者說人類隱私世界的潘多拉魔盒正在被開啟！


去年9月，谷歌團隊利用一個53比特的超導量子計算機，首次實現量子霸權。他們在200秒的時間內解決了一個超級計算機SUMMIT需要耗時一萬年才能完成的任務。

中國作為全球量子計算賽道的主要玩家自然不甘落後。今年12月4日，中科大團隊宣布利用光量子計算原型機「九章」實現量子霸權，並且所處理問題的速度比超級計算機「富嶽」要快100萬億倍。如果從相對於超級計算機的速度優勢來看，「九章」的計算速度要比谷歌量子計算機快了100億倍。

雖然，谷歌前量子計算科學家John Martinis質疑「九章」無法編程，實現「玻色彩樣」的量子算法只有科學意義，沒有實際意義。但結合中國近年來在量子保密通信取得的成功來看，美國人有理由忌憚中國在量子科技領域的發展。


谷歌實現量子霸權的論文。圖片來源：Nature

當量子計算真正落地應用時會發生什麼？Shor算法，曾經的一個猜想，現在開始看起來像一個威脅。問題是，這種威脅是否迫在眉睫？

GETTY READY

美國國家安全局和其他情報機構已經在準備迎接一個所有秘密都很脆弱的世界。

儘管量子計算機本身似乎還很遙遠，但現在開始擔心如何保守秘密不被窺探也不算太早。在未來十年的某個時候，能夠破譯密碼的量子計算機前景並不渺茫，這在某些方面敲響了警鐘。

國家安全局和其他情報組織被認為正在收集成堆的加密信息，以期待在不遠的將來有一天他們能用量子計算機破譯這些信息。而他們也開始擔心有一天，他們的對手可以破譯他們收集到的秘密。

美國正計劃推出新的加密方法，即使量子計算機也無法破解。美國國家安全局在2015年宣布，打算最終改用另一種抗量子的方案，目前尚未確定。"現在很明顯，目前的網際網路安全措施及其背後的加密技術將無法承受量子計算機帶來的新計算能力，"NSA發言人表示。

一年後，美國國家標準與技術研究院宣布了一項抗量子加密標準的技術競賽。今年秋天，NIST將69個競爭者的領域縮小到15個。事實證明，最受歡迎的方案是 "基於網格的加密（lattice-based encryption）"，它將要求計算機在數十億數字的網格中找到一條特定的路線--這與目前的公鑰加密方案的數學基礎完全不同，後者依賴於對大數的分解。

說服政府機構和其他組織從當前的公鑰加密方案遷移到新的方案並不容易。如果威脅不是明確的和存在的，人們便會得過且過。"人們仍然在使用在二十世紀90年代被破壞的加密的網絡瀏覽器，"Aaronson說。"這很可悲。"

實際上，過去播種了網際網路等改變世界的技術的美國軍方，最終可能會在量子計算方面發揮關鍵作用。

美國戰略與國際研究中心國防預算分析主任託德-哈裡森說，非機密軍事研發的資金總體上保持穩定。五角大樓可能也在資助機密的量子計算機研究。據《華盛頓郵報》報導，來自愛德華-斯諾登的文件顯示，國家安全局正在花費約8000萬美元購買一臺 "在密碼學上有用的量子計算機"，而這一切都屬於機密


本文編譯自：

https://www.newsweek.com/2020/12/25/china-leads-quantum-computing-race-us-spies-plan-world-fewer-secrets-1554439.html

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