撰文 / 王治钧
本文来自《知识就是力量》杂志
2020年 ， 谷歌量子研究团队宣布其在量子计算机上模拟了迄今为止最大规模的化学反应 ， 这个名叫Sycamore的量子处理器在2019年一经问世就引起世界的关注 ， 它在一些特定问题上的运算处理能力超强 ， 200秒之内的计算量就能匹敌世界最快超级计算机持续计算上万年 。 我们在很多学科中都能预测到量子计算机带来的巨大影响 ， 亚马逊、谷歌、国际商业机器公司等大公司也都想在变革来临之时 ， 抢占先机 。
Sycamore54量子比特计算机
量子技术改变生活
什么是量子计算机呢？量子力学研究原子和基本粒子 ， 如电子、光子的运动规律 ， 量子计算机通过控制这些粒子的运动来实现运行 ， 是一种基于量子力学的全新设备 。
如同电灯泡带来的社会变革一样 ， 量子技术的潜在应用也能够改变我们的生活 ， 比如 ， 量子技术在信息安全、生物医药科技、物联网等领域都会引发巨大影响 。
量子计算机与当前电脑的关系就好比电灯泡和蜡烛
网络信息安全的重要性
如今全球的联网设备多达数百亿台 ， 网络安全威胁已经影响到个人和国家层面 ， 而且有愈演愈烈的趋势 ， 如德国联邦议院大规模数据遭窃等事件造成深远影响 ， 更不用说对军事目标的网络攻击 ， 这种风险更是无法估量的 。
这时 ，量子信息等进入大众的视野 。 量子信息最主要的三个方向是量子计算、量子加密与量子传输 。 利用这种量子的不可克隆性 ， 可以实现一种理论上“绝对安全”的加密手段 。 而量子计算机则是利用自然界的微观粒子来大幅增加计算机的运算能力 ， 其运算能力强大到可以破解我们今天所用的许多加密系统 。
信息安全领域的三要素
秘钥、秘钥传递、加密算法 。 秘钥 ， 又被称为加密钥匙 ， 你可以把它想像成密码；将秘钥安全地送到指定地点、指定人 ， 通过做手势或悄悄话告诉他密码的过程称为秘钥传递；用来加密和解密文件的锁称为加密算法 。
秘密传递过程示意
信息领域的挑战
随机数字是构成秘钥的基础
在信息加密3要素中 ， 随机数字是构成秘钥的基础 。 我们把根据随机数字频率 ， 靠软件生成的秘钥称为伪随机数字生成器算法 。
【信息安全|藏文科普｜当信息安全遭遇量子危机】真随机数字生成器可以插到标准计算机上
然而 ， 即便有了真正的随机数字生成器 ， 我们还面临第二个大的网络安全威胁：那就是秘钥的安全传递问题 。 而针对这一问题的量子解决方案 ， 叫作量子秘钥分发 。
黑客在拦截量子秘钥时会留下电子痕迹
物联网预示了一个高度互联时代的来临 ， 随着5G、工业互联网、区块链等信息基础建设的发展 ， 要想未来社会能够正常运作 ， 信息安全系统就至关重要 ， 因此 ， 量子信息技术成为当前国际热门的战略性科技方向 ， 中国在这一领域处于国际前列 ， 特别是量子通信技术在信息安全领域已有一些明确的应用模式 。
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