谈论数字未来：量子计算和密码学

早在2000年代，当我在普华永道（PwC）工作时，我曾担任技术和创新总监。该角色的一部分不仅是帮助公司和我们的一些客户进行技术创新项目，而且还在寻找五年，十年，十五年的时间，并思考正在兴起的技术及其对我们行业的意义。因此，一直以来，我一直对确定有趣的事情感兴趣，这些有趣的事情也许很多人还没有关注。

一是角色语音识别。我提出的理由是，我们将开始与我们的机器对话，并且会有一个更自然和渐进的界面来使用语音。另一个叫做社会计算，后来被称为社交媒体。另一个是虚拟现实。我当时从事沉浸式世界和特定协议“第二人生”的工作量很大。你还记得第二人生吗？今天仍然很流行。您可以在这个世界中扮演自己的角色。你可以结交朋友，可以建造东西，甚至还有一种货币。我发现区块链首先要相似。令人着迷。

然后我偶然发现量子计算。量子力学当然已经有几十年的历史了，但是可以这么说，我的雷达检测到事情开始发生。例如，我会读到有关Google达到某个所谓的qubit里程碑的信息。越来越多的公司（无论是D-Wave还是Microsoft，Fujitsu或其他公司）都开始在量子以及他们认为未来的方向上发表自己的立场。而且我认为对我来说真正的硬道理是一本名为《命中率刷新》（Hit Refresh）的书，该书的作者兼微软首席执行官萨蒂亚·纳德拉（Satya Nadella）将人工智能的未来押在三件事上：人工智能，混合现实和量子。

与Google一样，全球一项重要的，有影响力的万亿美元业务正将其未来押注于这项技术上。所以我开始学习它。

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这是一个比我预想的要难得多的话题，但是我进入了话题研究，然后以作者的身份向LinkedIn Learning提出了一个课程，他们同意了。

计算困境

在我的整个职业生涯中，微处理器（经典计算机）在很大程度上都带来了令人难以置信的积极成果。微芯片使智能手机，互联网，更好的医疗保健，更好的城市，更好的制造，更好的产品成为可能。而且它仍然非常有效。计算机继续变得越来越快。软件继续变得更好。

但是，正在发生一种有趣的潜在趋势，对于我们大多数人来说，只有在芯片变得更小但内置更多性能的情况下，这种趋势才可见。在一个四分之一甚至一个小硬币大小的小芯片上，有数百万个甚至数十亿个微小的小开关。能够越来越多地安装在这种非常小的硅半导体上的能力几乎与魔力差不多。

我们发现，我们很快就会受到物理上的限制，在达到原子级之前，只能将这些开关中的很多放置在一定的空间中。一旦达到该水平，我们将开始面对物理学的另一层，即量子力学。

由于我们的处理器越来越小，将来我们拥有更快计算机的能力将开始放缓，因为我们不能在这件小事上放置一百万个交换机。这就是我们面临的困境。

我们将意识到，我们只能使计算机达到一定的速度，或者我们将一起训练更多的计算机以提高性能。或者，我们想知道，是什么让我们从计算能力达到的顶峰发展到下一代，以便我们能够解决21世纪的最大问题？事实证明–我们有几种选择。其中之一是开发基于量子力学的全新计算平台。

快速计算

一旦我们突破了量子计算，将没有任何限制。我们将突然处于一个全新的地方，在那里，一台经典计算机需要一个月才能处理（如天气计算），一台量子计算机最初可以在几分钟内完成，最终在几秒钟内完成。

化学问题变得如此复杂，以至于我们今天甚至无法在经典计算中解决它们。如果我们尝试，那么计算机要花10年才能得出结果。量子将在几秒钟内完成。因此，我们将从当今认为的快速计算转变为真正的快速计算。这将为人类开辟令人难以置信的机会。但是，量子计算会带来很多风险和一些实际问题，但是所有事情都是这样，对吧？任何一种技术都会伴随着恶意使用它的人。因此也会有后果。

社会影响

量子计算的社会影响是一个大问题，因为我们必须一点一点地分解它。尽管一方面是因为有了更好的计算能力，我们才能表现更好，拥有更好的服务并解决曾经难以解决的问题，例如对健康结果做出更好的预测。因此，当我们今天去医院时，我们要依靠医生的专业判断，他们的表现很好。也许从现在开始的30年后，我们会回头说：“哇，我们信任医生。”当人工智能可以通过许多排列带来难以置信的快速处理速度时，我们有望获得比现在更准确的治疗计划。

量子与区块链

许多人已经将量子和区块链视为值得探索的东西。就我个人而言，我不喜欢走得太远，因为未来总是有些不可预测的。但是从短期来看，量子技术给区块链带来的风险是没有风险。

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现在，这真正意味着的是-我们取得了领先。密码术之所以有效，是因为很难破解加密方案。对其进行解密非常困难，因为它将花费大量的计算使工作变得不可行。因此，当考虑到超快的性能时，这种限制突然变得不那么麻烦了，因为您可以进行更多的排列来查找未加密的密码，甚至可以反向散列。如果导致区块链工作的根本原因突然没有像我们想象的那么牢固，我们应该关注。

我相信我们有时间。但是从长远来看，存在风险。因此，我们需要在替代机制上非常活跃，并且已经对它们进行了一些有趣的工作。

如果区块链可以被量子破坏，那么所有的密码学都可以被破坏。这是更大的社会风险。想想您的银行，浏览器，智能手机或笔记本电脑-计算已集成到我们生活的各个层面。所有这些级别都依赖于现有的加密算法，并且以一种或另一种方式易受攻击。

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这里有希望的方面之一是，量子实际上可以实现出色的密码学。有一种叫做量子密码学的东西，它与我们对经典密码学如何工作的理解有很大不同。如今，量子密码术已在少量应用中使用。该领域中一些有趣的研究表明，尽管量子可以破坏现有的加密技术并使之变得毫无用处，但它实际上引入了一个可用于解决问题的论坛。我认为令人着迷的是，破坏密码的东西也可以解决它。

实际上有一个一线希望—量子密码术比当今社会中我们基于用户级别的密码术安全得多。我们可以看到量子密码学是答案，甚至可以实际上集成到未来版本的区块链中，从而使区块链本身成为基于量子的系统。在这个主题上正在进行一些有趣的理论实验。

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人类真棒。我们将提出其他想法。不仅仅是解决所产生的相同问题。我也非常有信心，区块链将在未来几十年内发展。

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局限性

我们正处于量子计算的早期-但这可能是一种轻描淡写的说法。我们知道它有效。在过去的10到15年中，量子历史的一部分一直在尝试使某些事情起作用，而且这种情况不可重复。如果您甚至无法解决数学问题，每次都重复相同的答案，那么您就没有可行的途径。但是现在我们在那里。我们已经突破了这一障碍，我们拥有了良好，可靠且可预测的量子计算。

因为量子计算与我们以前所知道的完全不同，所以我们必须从头开始构建一切：硬件，操作系统，应用程序，数据库。一切都已重制或正在进行大修。我们什么都不能移植。

在我的视频系列中，我开玩笑说您无法在量子计算机上运行Microsoft Windows。哪有这回事。您不能只在量子计算机上运行以太坊。因此，我们必须构建整个计算堆栈并构建一个生态系统。如果量子计算机比最快的经典计算机慢，那么，显而易见的答案是仅使用经典计算机，因为它确实运行Windows和以太坊。因此，要使量子计算可行，您必须拥有一台比起步时的经典计算机要快的量子计算机。

这就是所谓的量子至上—量子计算机比最快的经典计算机快的点。我们尚未达到量子霸权，或者至少没有被共识所承认。有一些公司说我们已经做到了，而其他公司则在争论，但是我们必须完全相信，量子计算机的计算速度比我们知道的要快得多，即使使用现有最快的传统超级计算机也是如此。但是即使实现了这一目标，量子计算机的采用和可用性也受到严重限制。首先是在构建所需硬件以及计算机的巨大尺寸方面的困难（这似乎是21世纪移动性的退步）。

随着量子计算机的不断发展，它们的处理过程与传统计算机相同-总是有一种新的经典算法可以对量子算法进行测试，并且它在不断提高量子至上性的标准。但是，量子至上性存在一个局限性：构建所需的硬件，该硬件将能够在亚原子级上控制和稳定过程。

量子计算机中等效于经典晶体管或处理能力的部分称为量子位或量子位。它们基本上是微芯片上比特的量子等效。我们可以拥有12个量子比特，14、14和18和22的计算机。实际上，我们认为在广阔的量子空间中，最高的就是Google的最新量子。这家科技巨头的量子AI实验室表示，它有72个量子比特。这意味着他们能够以稳定的方式进行处理-即为算法重新创建相同的结果。

为什么不让大量的量子比特一起并迅速地束缚在一起呢？我希望那是那么容易。为了实际针对量子比特处理算法，我们需要高度的稳定性。就像您到达亚原子级别时（事物不遵循传统的物理学规则）一样，该级别的随机运动会使单个原子事件变成不可预测和不可控制的系统，这些运动可以产生内部能量以及各种能量。外部因素也会产生运动并产生能量。使原子系统稳定的一种方法是将其冷却下来，导致运动减少，这意味着将排出更少的能量。实际上，温度越低，原子世界变得越稳定。但这意味着您不会很快在家中安装一台量子计算机，因为制冷系数很大。冷却系统使其稳定，从而减少了量子位在量子状态之间错误翻转的机会。

退相干仍然是当今量子计算的主要限制。所有巨大的精力都在努力创造更好的去相干性上。或者，我应该说是过早的去相干性，因为您需要去相干性来衡量结果，但是您不希望在处理过程中出现去相干性。

最后，实际上没有完全宽容然而。在非常可靠的经典计算中，发生了很多完全容忍的事情。软件一直都在发生故障，但是当某个交换机发生故障时，另一台交换机会打开并且能够解决这些错误。我们还没有量子。这个空间需要大量创新，因为如果我们要拥有可靠且快速的处理能力，我们将需要具有冗余能力并考虑系统中的错误，并使最终用户看不到这些错误。

能源消耗问题？

关于量子，我们需要认识的一件事是，我们可能永远不会拥有量子计算机。智能手机或笔记本电脑上不会有量子芯片，但是量子将改变我们大多数人的思考方式。在大多数大型创新者（微软和IBM）看来，量子计算正朝着云供应的方向发展。

Quantum只是可以利用的另一项服务。因此，有人可能会说，也许将来不会有数百万台量子计算机，只有很多真正的大型计算机由政府和一些知名的高科技公司拥有，那么能源消耗就不会那么大。

数字未来和比特币加密

可以想象，从现在起20或30年后，世界将在量子计算机上运行。我们所有的系统都将在Quantum上运行，其中将插入少量经典计算以在我们的本地设备上运行，但是通常，我们的系统，组织和社会的性能将在Quantum上运行。我们尚不能确定100％的确定性，因为在此过程中当然会有很多有趣的曲折。

另一方面，政府在开发基于量子的基础设施方面（包括20国集团的大多数成员）有非常深入的参与。有两种方法可以考虑：成为第一个并成为创新者有很多好处。美国通常将信息时代推向了极限。之所以能够做到这一点，是因为它在发展和吸引世界上最聪明的头脑，支持技术和工程计划以及为基础科学研究提供资金方面具有领先优势，而其他许多国家也有其他干扰。

今天不是这样。中国希望成为第一个拥有强大的量子计算机的国家，而英国仍然是一个由社区推动的强大力量。这两个例子都是从政府方面投资于创新发展。

全球许多国家的政府也在资助量子研究，因为这是对谁可以成为第一个突破的竞争。毫无疑问，军事上也有重要的应用，而且我们今后可能发生的许多冲突似乎都是孤独的演员-恐怖主义。我们需要非常好的软件和分析来尝试预测和缓解该特定领域。因此，我绝对可以看到量子计算非常有价值。

许多国家都有官方政策。如果您看中国，美国或欧盟，就会发现有一些量子政策，如果不是在操作上明确表达的话，那肯定是哲学上的，就像欧盟说的那样，“我们相信量子很重要，并且我们想在这些大学进行研究。”

我不知道即将到来的量子硬币会带来什么。但是您自己喝一杯酒，然后思考一下可能意味着什么。那是个很大的想法。

本文摘自克里斯蒂娜·卢克雷齐亚·康奈尔（Kristina LucreziaCornèr）与乔纳森·里希塔塔尔（Jonathan Reichental）博士的访谈。它已经被压缩和编辑。

Jonathan Reichental博士是全球商业和技术教育，咨询和投资公司Human Future的首席执行官。他是帕洛阿尔托市的前首席信息官，并且是屡获殊荣的技术领导者，其30年的职业生涯遍及公共部门和私营部门。

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原文链接：https://cointelegraph.com/news/talking-digital-future-quantum-computing-and-cryptography

原文作者：Cointelegraph By Jonathan Reichental

编译者/作者：wanbizu AI

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