為什麼量子計算會對我們產生威脅？

伊隆·馬斯克（Elon Musk）、史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）等人曾警告未來失去控制的人工智慧可能對人類造成危害。但另一項技術可能會造成更加緊迫的威脅：量子計算。
　　
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　　圖片來源：VentureBeat
　　
　　量子計算機源自科幻小說。例如“TSP問題（Traveling Salesman Problem，旅行商問題）”，假設有一個旅行商人要拜訪n個城市，每個城市只能拜訪一次，然後回到原來出發的城市，且要求所走的路程最短。隨著城市數量（n）的增加，問題的複雜度成指數上漲。一臺計算機需要花費1000年的時間才能計算出22座城市間的最短路徑。而量子計算機可以在幾分鐘，甚至幾秒鐘之內就能完成計算。
　　
　　傳統的計算機用0和1表達資訊，量子計算機則依靠量子位元（quantum bits，簡稱qubits）。量子位元可以儲存值0或1，或者同時儲存這兩個值——疊加形態，可以記為“0+1”。它們可以通過同時列舉和測量結果解決問題。這就等於破解密碼鎖時，可以同時驗證每個可能的數字和順序。
　　
　　愛因斯坦對量子力學的另一個原理“量子糾纏”深表懷疑，以至於他把它稱為“遙遠的幽靈行動”，並說這是不可能的。愛因斯坦曾說，“上帝不會擲骰子。” 但是，正如後來霍金斯寫到的，“上帝是一個老賭徒。”
　　
　　儘管看起來很瘋狂，但是IBM、Google、微軟、以及英特爾紛紛說他們的量子計算機很快就要成功了。IBM已經通過雲服務向特定的客戶提供了量子計算機的先行版。為了製造真正的量子計算機，並開放世界上幾乎所有的安全資料庫，技術公司、國防部、大學以及政府之間正在進行一場全球性的較量。真正的量子計算機不僅能解決全宇宙最大的奧祕，而且——能破解世界上任何一個安全資料庫。
　　
　　現代的安全系統均採用RSA（以其發明人Ron Rivest、Adi Shamir和Leonard Adleman命名）的標準加密演算法保護。這種演算法的解密關鍵在於超大整數的質因數分解。如果是一個很小的數字15，那麼它的質因數分解很簡單（3×5）。但是對幾百位的數字進行質因數分解，其計算就變得異常困難，傳統計算機需要幾天乃至幾個月的時間才能破解。根據IEEE Spectrum的報導，一些量子計算機也在做這方面的計算。總有一天，量子計算機可以有效地提供能夠破解祕密通訊、銀行帳號、以及資料庫密碼等的萬能鑰匙。
　　
　　想象一下，一個國家優先成功建立量子計算機，那麼他們的敵對國將處於怎樣的戰略劣勢？擁有這項技術的人能夠開啟每個國家的數字密碼鎖。
　　
　　我們不知道各國政府的進展如何，但是在2016年5月，IBM公佈了一條震驚全球的新聞：他們研製出了可以執行演算法和實驗的5位元量子計算機。可以推測，50到100量子位元的量子處理器在未來十年內即將問世。量子計算機的平行計算能力隨著量子位元數的增加呈指數增長，因此50位元的量子計算機將超越世界頂級超級計算機，研究人員稱之為“量子主宰”。
　　
　　18個月後，IBM再次釋出新聞，宣佈他們已將公開發布的處理器升級到20個量子位元，併成功地建立了50位元處理器的執行原型，IBM因此佔據了量子計算機的主導地位。如果IBM可以讓這臺量子計算機穩定的工作，並且讓量子位數再增加一倍或更多，那麼會帶來計算速度的飛速提升，同時IBM與其他掌握此技術的公司將具有不可思議的力量。
　　
　　量子計算機可以給生活的各個方面帶來便利，例如天氣預報、財務分析、物流計劃、尋找類地行星，以及藥物研究，等等。但是，它也會為安全開啟潘多拉盒子。我不知道有沒有公司或政府為此做好準備，但是所有人都應該有所防範。所有使用RSA加密的計算機系統都需要升級，就像當年解決千年蟲問題一樣。
　　
　　安全研究專家Anish www.aqgc.net Mohammed告訴我，“量子安全”演算法的開發已經取得了實質性的進展。其中普遍看好的方法是矩陣乘法，它利用量子計算機的優勢進行大量的資訊分析。另一個技術是基於編碼的抗量子簽名方案。與依賴於質因數分解的公鑰密碼系統不同，這個簽名方案依賴於編碼理論中極其困難的問題。
　　
　　所以技術解決方案近在眼前。但是，最大的挑戰是將現有的系統轉變為“後量子”世界。當初面對千年蟲問題，儘管我們知道最後的期限，但依舊在技術部門內造成恐慌和破壞，最後花費了數年時間才得到補救。而對於量子計算機，沒人知道究竟還要多久，5年？10年？也許18個月後就有公司宣佈更大的進展，又或者某個政府已經實現了量子計算機。最糟糕的情況是，做出量子計算機的人保持沉默，悄悄從背後竊取所有的資訊。

原文釋出時間為：2017年01月17日
本文作者：只為你笑
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