前白宫CIO：美国正在输掉与中国的量子竞赛
光子盒研究院出品
5月12日，前白宫首席信息官（CIO）Theresa Payton撰文称，美国正在输掉与中国的量子竞赛。
Theresa Payton是第一位、也是唯一一位担任白宫CIO职务的女性。2006-2008年，她在布什总统手下工作，为总统和工作人员监督IT运作。她目前是网络安全和情报公司Fortalice Solutions的创始人兼首席执行官，该公司被列入全球网络安全500强；她还是《被操纵：劫持选举和歪曲真相的网络战争内幕》一书的作者。
2021年，中国科学家公布了世界上最快的可编程量子计算机，比谷歌最先进的超级计算机强大一百万倍。他们的技术可以在一毫秒内完成一般计算机需要大约30万亿年才能完成的任务。
美国这才注意到，上周三，拜登总统签署了两份文件：一份《关于加强国家量子倡议咨询委员会的行政命令》和一份《国家安全备忘录》，以提高美国在进攻和防御方面的量子能力。这意味着要开发美国自己的量子计算技术，并保护美国的关键IT基础设施免受对手的量子攻击。如果美国没有准备好应对可能发生的量子网络攻击(这将使每一个密码和计算设备失去作用)，从人们口袋里的iPhone到飞机上的GPS到处理股票市场交易的超级计算机，国家安全后果将是巨大的。
量子计算，一种在超低温度下进行的亚原子级别的高速计算，将使计算机达到今天几乎无法想象的速度。原子、光子和电子的运行超越了经典物理定律，进入了“量子”领域，它们可以被利用来获得非凡的计算能力。曾经需要数年才能解决的复杂问题可能只需要几秒钟。
这意味着我们所知道的关于网络安全的一切，由目前的加密方法所保障的每一把锁都可能被炸得大开。
把加密想象成一道数学题。使用现代的256位加密技术，你有78位数的可能组合来获得正确的密码并破解数字锁：
115,792,089,237,316,195,423,570,985,008,687,907,853,269,984,665,640,564,039,457,584,007,913,129,639,936种可能组合。
今天的硬件和软件，使用经典比特，将需要数百万年的时间来梳理这么多组合。量子比特可以被并行使用，以指数级的方式加速计算机解决曾经被认为不可能的算法的能力。
2021年9月14日，德国公司Q.ant开发了一块装有量子计算用光子芯片的晶圆。据Q.ant公司称，该公司致力于研究带有定制波导的光数据处理芯片，这些芯片“被认为是将量子技术带出实验室并引入日常产品的核心构件”。
中国最近的量子进步的说法有可能被夸大了，但量子计算的出现不是一个“如果”的问题，而是“何时”。勒索软件攻击经常成为全球头条新闻，俄罗斯正在利用网络攻击作为对乌克兰的战争武器。但是，如果美国的对手用量子计算入侵我们的数字环境，企业、政府和军事机密因可能在几小时内破解256位加密的技术而面临风险。
拜登总统最近的举措将更好地协调美国政府的努力，通过将联邦机构和关键基础设施公司联合起来应对量子威胁，以防止这种噩梦般的情况发生；它还将国家量子计划咨询委员会置于白宫控制之下。
集中政府的举措是重要的，但一个全面的方法不应局限于华盛顿。必须让美国的高等教育系统参与进来，并激励它培养更多的量子工程师。在国界之外，与英国、印度、日本和韩国等志同道合的国家合作，分享量子技术的突破将是非常重要的。
美国还必须利用其私营部门的全部力量和聪明才智，以保持竞争力，并避免网络攻击的重演，这些网络攻击使美国一些最大的部门受到威胁。网络安全专家和首席信息官可以从加密静态数据、标记数据和微分段用户和系统访问控制开始，以减少“后门”进入点。还有一种老式的方法是在门上加更多的锁，或者在这种情况下，用不同的算法对数据进行多次加密，使破译密码的过程更长，甚至对量子计算机来说也很难。
量子技术将像互联网和原子武器一样彻底改变人们的未来。它为药品开发和发现、气候建模和人工智能带来了巨大的前景。
但是，也正朝着一个危险的未来前进：如果美国仍然准备不足，最坏的网络安全情况可能而且将会发生。在保护基础设施、个人、商业和机密数据方面的漏洞是非常真实的，尤其是在一个与俄罗斯和中国这样的对手进行大国竞争的时代，这些对手拥有先进和积极的网络能力。
从珍珠港到史泼尼克危机(苏联抢先发射人造卫星)再到911事件，美国曾经发现自己感到惊讶和不敌，但它还是找到了办法，调动政府的笨重齿轮、公众的意愿和私营部门的聪明才智来应对这些挑战--即使是迟来的。量子时代的到来也不例外。美国必须利用拜登的行政命令所掀起的势头。美国的选择很简单：是等待由量子解密推动的第一次网络攻击的破坏，还是建立防御措施来阻止它。
注：本文所述观点属于作者本人。
参考链接：
https://www.newsweek.com/america-losing-quantum-race-china-opinion-1705642