量子计算机会摧毁互联网吗？

光子盒研究院出品

互联网是人类最非凡的成就之一。我们的现代生活建立在闪电般的通信、一次性支付、社交媒体和远程工作的基础上。没有它，你就可以告别Uber、Facebook、Apple pay、Spotify、Netflix了。但是，一种新的机器——量子计算机可以破坏这些基础，使我们美妙的互联网崩溃。这只是危言耸听吗？还是我们应该在数字生活被剥夺之前充分利用它们呢？

那么，是什么让量子计算机变得危险呢？这一切都是从他们独特的计算方法开始的。

普通计算机是基于比特的，比特可以是1或0。我们使用的处理器只是大量的开关集合，这些开关可以是开(1状态)或关(0状态)。通过以独特的方式连接数十亿个开关，你可以创建一台可以计算、运行程序甚至帮助你在亚马逊上购买《鱿鱼游戏》运动服的机器。

这些类型的计算机很擅长这些任务，但它们在一些模糊的数学问题上表现很糟糕。例如，检查一个数字是否为质数(一个只能被自身和1整除的数)。没有公式可以告诉你一个数字是否是质数，所以一台典型的计算机会检查它的因子的所有变化(数字相乘得到你的数字，所以6的因子是2和3)。这对小质数来说没问题，因为可能的因子不多。但是对于拥有数十亿潜在因子的大质数来说，这意味着大量的计算，以至于即使是我们最快的计算机也需要亿万年才能计算出一个大数是否是质数。

然而，这正是量子计算机的优势所在。

IBM的量子计算机

量子计算机使用的不是经典比特，而是量子比特——可以同时是1和0。这充分利用了量子力学中一种称为叠加的现象。这使得量子计算机能够执行一些相当独特的功能，比如在一次计算中计算一个数是否为质数，即使这个数有数百位长！

但实际情况比听起来复杂得多。让量子比特以这种方式运行是非常困难的，量子计算机会遭受很多“噪声”。科学家们发明了消除这种噪声的算法，工程师甚至将计算机冷却到接近绝对零度，以消除更多的噪声。在取得这些突破之后，量子计算机能够在几秒钟内验证质数，而普通计算机则需要数年的时间。

NIST的量子处理器

量子计算机有很多令人难以置信的应用，从药物开发、金融建模、人工智能、交通优化到更好的天气预报。这都要归功于它计算这些奇怪方程的能力。这一优势意味着，无论谁拥有一台完全可操作的功能强大的量子计算机，其都将在他们的领域占据重要的领先地位！

但是，这带来了一个问题。我们的整个互联网都是建立在大质数的基础上的，大质数很难变化！现代计算机使用被称为RSA的加密技术，其设计非常巧妙。这种方法意味着数据可以在双方之间共享，而不存在被截获的风险。这就是为什么你可以安全地发送电子邮件、使用信用卡或通过互联网发送信息。

RSA基于非对称的密钥，因此你有一个密钥加密数据，还有另一个密钥来解密数据。锁定数据的密钥是公开的，但只有你拥有解密密钥，即私钥。

RSA使用非对称密钥

因此，如果我要通过互联网向你发送消息，我会首先查看你的公钥，然后使用它锁定我的消息，再将其发送给你，你可以使用私钥将其解锁。每次你在互联网上做任何事情，你的数据都会以这种方式被锁定和打开。

这听起来不错，但用于创建这些不对称密钥的数学正是其弱点所在。

理论上，你可以根据某人的公钥计算出其私钥。但即使是世界上最强大的“普通计算机”，也需要数年的时间。这是因为密钥的基础是两个巨大的质数相乘。公钥包含此乘法的结果，但需要知道两个质数才能创建私钥。由于计算量巨大，对于普通计算机来说基本上是无法解决的，当人们破解它时，密钥已经不再使用了。

RSA几十年来一直保持着互联网的安全

然而，一台功能强大的量子计算机可以在几秒钟内完成这一计算。虽然量子计算机目前相对较弱，但要想广泛使用更强大的量子计算机，只需要几十年左右的时间。当这种情况发生时，任何有能力的人都可以破坏互联网加密，窃取他们想要的任何数据。

这将摧毁我们所知道的互联网。允许电子邮件、付款、消息和数据私下共享的完整性将消失。你不能再在网上付款了，因为你的信用卡信息很容易被窃取。你的社交媒体账户将被泄露，因为任何人都可以访问它们。你的互联网历史甚至可以访问和公开共享！没有加密，就没有互联网。

这不仅仅是媒体把事情弄得手忙脚乱。许多备受推崇的计算机科学家警告说，如果量子计算机变得强大和廉价，我们将在技术上倒退一大步。

互联网将不再安全了

但救世主可能就在眼前。

基于格的密码似乎可以抵抗量子计算机。这种加密方法不使用复杂的算法，比如RSA。相反，它在多达一百个理论维度中使用几何体！

这种加密通过呈现由许多节点(理论空间中的点)组成的格来工作。然后，计算机需要找到靠得很近的两个节点。在三维空间中，这很容易。但在一百个维度中，这是一项艰巨的任务，即使是量子计算机也难以完成。加密的基本代码隐藏在这两个节点中，就像RSA中的两个质数一样。理论上，这种方法足够强大，足以抵御强大的量子计算机试图破解加密的尝试。

几何数学可能是答案

然而，这些格是巨大的！RSA密钥由256比特组成，它可以在互联网上传输，几乎不占用任何带宽。另一方面，基于格的密钥要大几个数量级，占用了重要的带宽，大大降低了连接速度。这是计算机科学家面临的一大挑战，即在拥有足够小的密钥的同时保持大格的鲁棒性。

因此，就像量子计算机一样，这项技术还处于起步阶段，还没有准备好供公众使用。这就是事情变得有趣的地方，因为我们目前生活在一个整个互联网都处于危险之中的技术竞赛中！

霍尼韦尔量子计算机的一部分

谷歌、空客、霍尼韦尔、IBM和微软等公司目前正在开发功能强大的量子计算机，以满足其巨大的计算需求。与此同时，NIST(美国国家标准与技术研究院)正在竞相寻找一种能够抵抗量子计算机的加密方法，作为新的公共标准推出。到目前为止，还没有找到理想的方法。它有几个选择，但一个实用的工作协议似乎还需要几年时间。

如果在NIST发现一种新的加密方法并推出之前，量子计算机就变得强大起来，那么你就可以挥手告别互联网了。

但这真的会发生吗？

为了让互联网真正受损，世界上需要有数百万台强大的量子计算机。即使美国宇航局或谷歌不小心泄露了他们的设计，重建他们的计算机并用它入侵互联网也需要数百万美元。我们可能离强大的量子计算机只有十年之遥，但我们离大规模生产、可访问的量子计算机可能还有几十年之遥。这意味着我们可能有足够的时间在整个互联网被破坏之前开发一种新的加密方法。

那么量子计算机会摧毁互联网吗？就目前而言，这似乎不太可能。有一种威胁是，在一种新的加密技术推出之前，某些国家政府将其用于有针对性的间谍活动。这仍然是一个巨大的问题，但它不会破坏互联网。因此，总体而言，你的账户、电子邮件、银行信息或数据被量子计算机入侵的风险非常小。因此，就目前而言，这个美妙的互联网仍然安全，只有金·卡戴珊(美国顶流)的照片才能宣称“打破互联网”。

参考链接：

https://medium.com/predict/will-quantum-computers-break-the-internet-171fc68fe546

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