量子威胁及其应对技术

文│ 中国信息安全测评中心 刘宏伟 石竑松
多以后，当人们在享有量子计算的变革性成果为人类带来的巨大自由时，一定会因量子计算对个人隐私和社会秘密的潜在破坏性而隐隐担忧，这就是量子计算对社会发展的两面性影响。一旦到达一定的发展高度，量子计算技术可以显著地提升科学技术的发展速度，促进社会进步。另一方面，量子计算技术对现有网络安全技术的负面影响也可能是灾难性的，应对不当，网络空间安全将陷入混乱。本文在简短地回顾量子计算技术的发展状况后，将结合我们的工作理解，探讨量子威胁及其应对之道。
量子计算技术的巨大潜力已引发新一轮技术变革和激烈竞争量子力学的革命性影响已在工业界掀起了两次变革浪潮。第一次量子技术变革（大致为 20 世纪初量子力学创立以来）开创了今天以计算机和互联网为基础的繁荣的信息时代。随着人类对观测和调控微观物理体系中量子效应能力的不断提升，第二次量子技术变革正蓬勃兴起（大致从1980年代Richard Feynman提出量子计算概念以来）。基于量子叠加和纠缠等效应进行信息获取、存储、处理和传输的量子信息技术，可以在提升运算速度、存储容量和信息安全保障能力等方面突破传统技术的瓶颈。
现有研究认为，源于其一定程度上的并行处理能力量子计算可以作为传统计算模型的有力补充，为人类改造客观世界的活动带来新的技术工具。Grover 加速搜索算法出现以来，人们对量子计算机的未来应用前景抱有极大期望，最根本的两点是期待其能解决目前传统计算机无法有效解决的计算问题，并通过研究量子算法的复杂性，拓展人类认知边界。
客观地说，量子计算技术仍处于早期发展阶段，面临提升量子比特保真度、容错以及扩展性等诸多技术难题，人类是否有能力构造出实用大型的量子计算机仍有很多不确定性。但是，由于这一技术对未来各国综合竞争力的潜在决定性影响，围绕这一主题的宏大竞争序幕已在世界各地逐步拉开。近 5 年来，欧美 日韩等地相继推出了指引性的量子信息技术发展计划， 众多这一领域的顶尖机构和企业在量子计算机的建造和算法设计领域的竞争已然如火如荼，“量子摩尔定律” 也正逐步显现其有效性。2019 年，Google 公司利用 53 位量子比特的量子处理器，首次验证了量子计算机在处理特定问题时，相较于经典计算机可实现指数量级的运算处理加速，这种体现量子计算的原理性优势被称为“量子霸权”（Quantum Supremacy）。2020 年 6月，霍尼韦尔（Honeywell）公司基于IBM 提出的量子体积 （Quantum volume）的性能评价概念（影响因素包括量子比特数、测量误差、设备交叉通信、以及设备连接和电路编译效率等），发布了量子体积达 64 的量子计算机，为当今最强。另外，微软、IBM 等企业已相继开发概念性的量子计算软件开发工具，对未来衔接量子计算机的软硬件谋划布局。相对而言，美国仍是量子计算机制造和理论研究方面的佼佼者。
(来源：知网)
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