量子计算：概念、时机、应用与实现_新闻

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量子计算：概念、时机、应用与实现

2025-05-09 08:15:22

量子计算概览

本期节目将深入探讨量子计算——它是什么、如何运作、炒作与现实的界限，以及如何为之做好准备。具体内容包括：量子计算的定义与边界，当人们担忧量子计算机破解非抗量子密码系统时的真实所指；量子计算实现的时间线——或者说我们何时可能拥有具备密码学意义的量子计算机；不同类型密码学将如何受到影响；量子计算与后量子密码学在区块链领域的应用（区块链主要依赖签名而非加密，因此在某些方面更具抗量子特性）……

我们将一如既往地剖析近期企业通过新闻稿发布的量子计算里程碑声明中的信号与噪音。同时解答开发者何时需要规划向后量子密码世界的过渡，需要规避哪些陷阱（提示：系统漏洞！软件升级！）。最后简要介绍后量子密码学的不同实现路径，并深入探讨零知识证明系统与后量子密码学的关系。

量子计算原理

量子计算的概念可追溯至费曼的洞见：某些量子实验难以用经典计算机模拟，这说明量子系统能完成经典计算机无法实现的计算。量子比特可同时处于多个状态的叠加，这种特性使得量子系统能通过构造性与破坏性干涉实现并行计算。肖尔算法正是利用量子傅里叶变换，可在多项式时间内解决大数分解和离散对数问题——这两种数学难题正是RSA、ECDSA等现行密码体系的基石。

量子计算应用与挑战

目前量子计算机最明确的应用场景是破解现有密码系统。虽然媒体常宣传其在人工智能和优化领域的潜力，但这些应用的实际可行性远低于普遍认知。

实现密码学意义的量子计算机需要突破三大瓶颈：增加量子比特数量、提升比特稳定性、降低噪声干扰。谷歌、微软、IBM等公司分别采用超导量子比特、拓扑量子比特等不同技术路径，但均处于早期发展阶段。

技术里程碑解析

“量子霸权”指量子计算机在特定任务上远超经典计算机的表现，但这些任务往往经过特殊设计且缺乏实用价值。值得注意的是，谷歌利用105个物理量子比特通过表面码编码实现了单个逻辑比特的短暂稳定，这标志着纠错机制开始发挥作用，但距离实际计算应用仍有距离。

微软的拓扑量子比特方案致力于构建本质更稳定的量子单元，但此前关于马约拉纳粒子的实证声明曾存在争议。

时间线与规划

根据现有技术路线图预测，实现密码学意义的量子计算机可能需要20年以上的发展周期。虽然技术突破可能加速进程，但考虑到量子计算尚未形成强烈的商业需求驱动，实际进展可能比摩尔定律预测更为缓慢。

区块链应对策略

区块链因主要依赖数字签名而非加密，对“现在截获将来解密”类攻击具有天然免疫力。但量子计算机仍能伪造ECDSA等签名，威胁资产安全。

向后量子密码迁移需权衡多方因素：过早切换可能导致采用未经验证的算法，过晚则面临安全风险。建议开发者保持技术储备，但不必仓促切换，应优先防范当前更迫切的系统漏洞风险。

后量子密码实现路径

目前主要有基于格、哈希和编码的三类后量子密码方案。其中基于哈希的签名方案安全性最高，但会导致签名体积显著增大。软件更新系统应优先部署后量子签名，而数字证书等场景可暂维持现有体系。

零知识证明系统

零知识证明系统具有隐私保护与简洁验证双重特性。现有部分零知识证明系统已具备后量子安全性，但普遍存在证明体积膨胀的问题。最新研究正尝试通过格基折叠方案等新技术，在保持后量子安全性的同时提升系统效率。

行动建议

建议开发团队建立技术预案，但避免因媒体炒作而盲目切换。区块链网络通过硬分叉升级的灵活性，使其在应对量子威胁时具有独特优势。

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