量子計算機來了，安全問題也來了！

就在2017年5月3日，科技界迎來了一則重磅消息：世界上第一台超越早期經典計算機的光量子計算機在中國誕生。這個「世界首台」是貨真價實的「中國造」，量子計算機的誕生將改變世界計算機和半導體產業鏈的格局。多粒子糾纏的操縱作為量子計算的技術制高點，一直是國際角逐的焦點。在光子體系，中國在國際上率先實現了五光子、六光子、八光子和十光子糾纏，一直保持著國際領先水平。在超導體系，2015年，谷歌、美國航天航空局和加州大學聖芭芭拉分校宣布實現了9個超導量子比特的高精度操縱。這個記錄已經被中國科學家團隊打破。

隨後在6月，在北京舉辦的「阿里技術下午茶」活動上，阿里集團首席通信科學家謝崇進博士介紹了阿里NASA計劃-量子通信技術的發展規劃。據透露，阿里巴巴除了持續深耕量子通信技術，還會通過阿里雲，向全球企業輸出量子通信的安全服務。在3月，阿里雲發布全球首個雲上量子通信商用服務，由此打開了量子信息科學普惠發展之門。

為何量子計算機在17年突然升溫呢，這個得先從摩爾定律說起。

對於計算機領域，摩爾定律可以說是整個計算機行業最重要的定律，它其實是一個預言：每兩年微處理器的晶體管數量都將加倍——意味著晶元的處理能力也加倍。這種指數級的增長，促使上世紀70年代的大型家庭計算機轉化成80、90年代更先進的機器，然後又孕育出了高速度的互聯網、智能手機和現在的車聯網、智能冰箱和自動調溫器等。上世紀90年代以來，整個計算機行業才跟著摩爾定律按部就班地發展。

但現在，這種發展軌跡要告一段落了。 半導體產業技術的更新換代正在趨緩，尤其是在晶元處理器行業，10納米的處理器進入市場的時間比預計的要晚得多，因此相應的載板進入市場銷售的計劃也被推遲了。目前市場上14納米的處理器停留的時間比我們想像的要長得多。根據很多微處理器生產商之前的公告，照理說早就應該更新換代了。一般來說每兩年就會有新一代的CPU推出市場。但是到現在為止，我們看到這一次升級換代的步伐似乎放緩了很多，比原計劃要晚一年半。

其實就是和經濟發展原理一樣，傳統的計算機技術面臨瓶頸了，如果停滯發展就會發生計算機領域的「經濟危機」，那誰來接替已經末路的摩爾定律和拯救未來的計算機發展？量子計算機成為一個可選項。

什麼是量子計算機：

量子計算機是基於量子力學中的疊加原理和量子糾纏等性質來進行數據計算的計算機，在密碼學、科學模擬、大數據處理等科研機構、企業和政府的應用方面具有經典計算機無法比擬的優勢的下一代計算機。量子計算機理論上具有超快的並行計算和模擬能力的計算機。曾有人打過一個比方：如果現在傳統計算機的速度是自行車，量子計算機的速度就好比飛機。例如，一台操縱50個微觀粒子的量子計算機，對特定問題的處理能力可超過目前最快的「神威·太湖之光」超級計算機。

其實，我擔心的是量子計算對網路安全的影響。

隨著量子計算機的發展，未來10到15年，傳統的摩爾定律或將被量子計算的方式所取代。如今需要幾年時間計算的數據量，如果用量子計算的話也許只需幾秒鐘，因為量子的運算速度是10的24次方, 而且量子計算很萬能，用在什麼場景就是什麼，用在通訊就是通訊，用在計算就是計算，用在人工智慧就是人工智慧。實質上，量子人工智慧的計算能力已經為其發展提供了革命性的工具，利用相干疊加的方式，實現了計算，無法比擬的超級計算能力，能夠指數加速學習能力和速度，輕鬆應對大數據數據的挑戰。這就是量子，量子的計算能力不可估量，其未來更加不可估量，所以顛覆傳統摩爾定律，也只是時間問題。

但是我們真的準備好了嗎？

隨著量子計算機的落地，未來的網路安全與密碼學，通信，半導體等一系列產業將產生巨大變化，比如量子計算機的強大算力將把目前的傳統安全演算法體系徹底擊垮。 滑鐵盧大學量子計算研究所共同創立人兼全球風險研究所特別顧問米歇爾·莫斯卡，在一份報告中警告道：「由於量子計算的出現，我們今天所用的公鑰密碼工具，有1/7的可能性，到2026年就會崩潰。2031年，這一可能性將會驟然躍升至50%。」

此類威脅，源於量子計算機與傳統計算機完全不同的運行方式。傳統計算中，數字非0即1，但量子計算依賴於原子層面的單元——量子比特，或者說「量子位」，能夠以疊加狀態同時呈現0和1。性能和效率的大幅提升是其益處之一，但萬事總有正反兩面。量子計算一個非預期的後果，就是對當下支撐起網路安全的一些加密工具的完全顛覆。加密，通常依賴於大數分解的難度，但研究人員最近演示了，首台5原子量子計算機能夠破解掉此類加密體制。包含現有用的最多的DES, HASH,RSA演算法。

量子計算機對當今密碼技術的攻擊預計會在未來15到20年內變成現實。一經面世，量子計算機即能以比現有計算機更快的速度完成某些計算，甚至威脅到當前最知名的安全演算法，如國際toRSA和ECC，還有中國發明的國密演算法SM2等。目前， 傳輸層安全（TLS）、 S/MIME或 PGP/ GPG等各種互聯網標準利用基於RSA或ECC的加密方法來保護金融、計算機、伺服器或工業控制系統的數據通信。眾所周知的示例有以「https」開頭的網上銀行或手機上的「即時通信」加密等。可以確定的是，所有銀行里，政府中，甚至是軍隊中用的RSA密碼（國內用的國密SM2演算法原理大致相同）各類安全系統面臨的威脅將是首當其衝。

可笑的是，美國國家安全局有很好的量子技術可以破解比特幣，但其稱他們不會這樣做，因為二戰時就破解了Enigma代碼系統，造成的結果就是敵人會升級技術，所以他們不想主動發起安全攻擊競賽，好一個掩耳盜鈴的理由，呵呵呵了。我只能說，如果量子計算機真的可量產化，傳統的秘鑰體系破解只是時間問題，這個不以人的意志為轉移。這不亞於原彈對世界格局的影響。

最後的總結：從目前來講，安全行業並沒有準備好如何面對量子計算機。