美媒：量子计算，可能会带来“世界末日”？

“量子末日”

凤凰网科技讯 3月25日，连线杂志发文，网络安全分析师所担忧的“Q-Day”正逐渐成为现实威胁。“Q-Day”指的是有人成功建造出能够破解最常用加密形式的量子计算机的那一天。届时，人们的电子邮件、短信、匿名帖子、位置历史记录、比特币钱包、警方报告、医院记录，乃至全球电力站和整个金融系统，都可能变得不堪一击。

全球风险研究所最新发布的《量子威胁时间表》报告合著者米歇尔・莫斯卡形象地比喻道，“我们就像在玩俄罗斯轮盘赌，也许你只玩一次可能会赢，但这绝不是一个值得玩的游戏。”该报告对我们距离“Q-Day”的时间进行了估算。莫斯卡及其同事去年对网络安全专家的调查结果令人警醒：到2035年之前，“Q-Day”发生的概率高达三分之一。甚至有人估计，“Q-Day”已经秘密发生的可能性为15%，这一概率就如同转动一次左轮手枪的弹巢。

近年来，企业间的人工智能大战吸引了众多目光，但量子军备竞赛同样也在悄然升温。如今的人工智能挑战的是基于0和1运行的经典计算的极限，而量子技术则代表着一种截然不同的计算形式。通过利用亚原子世界的神秘机制，量子计算机可以在0、1或两者之间的任何状态下运行。这使得量子计算机在存储数据方面可能表现不佳，但在寻找未来新材料的配方（或者破解你的电子邮件密码）等方面却潜力巨大。经典计算机只能按部就班地进行计算，尝试一组方案，失败后便全盘放弃再重新尝试；而量子计算机则可以同时探索许多潜在的方案。

正因如此，谷歌、IBM和微软等科技巨头纷纷追逐量子技术的众多积极应用，不仅涉及材料科学，还涵盖通信、药物研发和市场分析等领域。美国和欧盟也已承诺投入数百万资金来扶持本土的量子产业。毕竟，赢得这场竞赛的一方不仅将拥有拯救世界的创新引擎，还将掌握历史上最强大的密码破解机器。

以常见的RSA加密算法为例，该算法于20世纪70年代末开发，至今仍广泛用于保护电子邮件、网站等。在RSA加密中，用户创建一个由两个或多个大质数组成的私钥，这些数字相乘构成公钥的一部分。当有人向你发送消息时，他们使用你的公钥进行加密，而只有你知道原始的质数，因此也只有你能解密。然而，一旦有人建造出量子计算机，利用其并行计算的强大能力，就能在几分钟内从公钥推导出私钥，而不是像经典计算机那样需要数千年，届时整个加密系统将土崩瓦解。

早在1994年，在真正的量子计算机问世前几十年，美国电话电报公司贝尔实验室的研究员彼得・肖尔就设计出了可以在“Q-Day”发挥关键作用的算法。肖尔算法利用了量子计算机基于量子比特而非传统比特运行的特点。量子比特可以同时处于0和1的叠加态，当对处于特定量子态的几个量子比特进行操作时，实际上是在对它们所有可能的量子态进行同样的操作。这使得量子计算机能够同时探索所有潜在的解决方案，通过计算概率分布和量子反馈波，最终得出正确答案。肖尔算法经过精心设计，能够放大特定的数学模式，从而实现从大数中快速分解出因数的功能。

理论虽如此，但在现实中构建量子比特极其困难，因为哪怕是最轻微的环境干扰，都可能使它们脱离脆弱的叠加态，就像旋转的硬币难以保持平衡一样。不过，肖尔算法激发了人们对该领域的兴趣，到21世纪10年代，许多项目在构建首批量子比特方面开始取得进展。2016年，或许是察觉到了“Q-Day”的潜在威胁，美国国家标准与技术研究院发起了一场开发抗量子加密算法的竞赛。这些算法主要通过为量子计算机设置复杂的多维迷宫（称为结构化晶格）来发挥作用，即使是量子计算机，没有方向指引也难以穿越。

2019 年，位于圣巴巴拉的谷歌量子实验室宣称实现了“量子霸权”。其53量子比特的芯片能够在短短200秒内完成一项任务，而这项任务如果由10万台传统计算机来处理，则大约需要1万年。谷歌最新的量子处理器“Willow”拥有105个量子比特，但要使用肖尔算法破解加密，量子计算机需要数千甚至数百万个量子比特。

目前，数百家公司正尝试使用截然不同的方法来建造量子计算机，包括超导电路、捕获离子、分子磁体、碳纳米球等，所有这些方法都旨在使量子比特与环境隔离并处于可控状态。随着硬件方面的逐步进展，计算机科学家们也在不断优化量子算法，试图减少运行算法所需的量子比特数量。每前进一步，“Q-Day”就离我们更近一步。

这对于RSA加密算法来说是个坏消息，对于其他在“Q-Day”可能变得脆弱的众多系统而言同样如此。安全顾问罗杰・A・格里姆斯在其著作《密码学启示录》中列举了一些例子，包括直到最近还被许多美国政府机构使用的DSA加密算法、用于保护比特币和以太坊等加密货币的椭圆曲线密码学、为在线赌场提供支持的随机数生成器、让你在工作中能够刷卡通过锁门的智能卡、家庭Wi-Fi网络的安全设置以及用于登录电子邮件账户的双因素身份验证等。

某国家安全机构的专家表示，量子计算带来的威胁可大致分为两个方面：机密性和身份验证。也就是说，保护秘密信息以及控制对关键系统的访问权限。美国海军战争学院网络安全教授克里斯・德姆查克以个人身份表示，“Q-Day”计算机可能使对手能够实时窃听机密军事数据。“如果他们确切知道我们所有潜艇的位置，如果他们确切知道我们的卫星在监视什么，如果他们确切知道我们拥有多少导弹及其射程，那情况将非常糟糕。”

而对身份验证的威胁可能更加可怕。桑迪亚国家实验室的计算机科学家和国家安全专家黛博拉・弗林克表示，“几乎所有证明一个人身份的东西都依赖于加密。”“我们拥有的一些最敏感和最有价值的基础设施，可能会被一些人闯入并冒充合法所有者，进而发布某种命令，比如关闭网络、影响能源电网、通过关闭股市造成金融混乱等。”

目前，大多数国家层面的攻击目标是私营公司，比如有人试图闯入洛克希德・马丁等国防承包商，窃取下一代战斗机的设计方案。但随着时间推移，量子计算机的普及，攻击的焦点可能会扩大。微软和亚马逊等公司已经开始通过云服务向研究人员提供对其初级量子设备的访问权限，而大型科技公司在监管平台使用者方面并不总是做得很好。今年早些时候，一名士兵在拉斯维加斯特朗普国际酒店外炸毁一辆赛博卡车，他曾使用ChatGPT来帮助策划这次袭击。甚至可能出现一种奇怪的情况，网络犯罪分子利用亚马逊的云量子计算平台入侵亚马逊网络服务。

能够使用量子计算机的网络犯罪分子可以更有效地攻击相同目标，或者进行更大胆的行动，如劫持环球银行金融电信协会（SWIFT）国际支付系统以转移资金，或进行企业间谍活动以收集不利信息。最早的量子计算机可能无法快速运行肖尔算法，每天可能只能获取一两个密钥。但如果将量子计算机与能够找出组织弱点并确定解密哪些密钥能造成最大破坏的人工智能相结合，可能会产生毁灭性的后果。

当“Q-Day”成为公开的事实，无论是通过政府严肃的声明还是大型科技公司乐观的新闻稿，世界都将进入后量子时代。这将是一个充满不信任和恐慌的时代，标志着我们所熟知的数字安全的终结。正如德姆查克所说，“然后，混乱就开始了。”

在量子技术强大到足以破解加密之前，它在商业和科学领域的应用就足以改变全球平衡。随着研究人员解决将量子比特与环境隔离的工程挑战，他们将开发出极其灵敏的量子传感器，这些传感器能够揭露隐形船只、绘制隐藏掩体的地图，或者让我们对人体有新的认识。同样，未来的制药公司可以利用量子技术窃取竞争对手的发明，或者利用它创造出更好的产品。因此，最终避免“Q-Day”带来的危机的最佳方式，或许是分享这些技术带来的好处：利用更好的电池、神奇的药物、具有前瞻性的气候预测等，为每个人构建一个由新材料和更美好生活组成的量子乌托邦。（作者/陈俊熹）

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