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觀察者網(wǎng)：量子力學(xué)的成果能如何跟如區(qū)塊鏈、元宇宙、人工智能等新科技領(lǐng)域互助結(jié)合作用？

袁嵐峰：這個(gè)問題非常有意思。如果有人問我量子信息跟區(qū)塊鏈?zhǔn)鞘裁搓P(guān)系，我的回答就是一句話：最基本的一個(gè)關(guān)系是，量子計(jì)算機(jī)可以破解比特幣。因?yàn)閰^(qū)塊鏈最核心的技術(shù)是加密，要保證每一個(gè)交易都是保密的。當(dāng)前比特幣用的加密技術(shù)叫做橢圓曲線密碼。我的書里面解釋了一個(gè)最常用的密碼，叫做RSA，可以被一個(gè)量子的因數(shù)分解算法破解。但實(shí)際上不止于此，同一個(gè)算法也可以用來破解一些跟它類似的數(shù)學(xué)問題。橢圓曲線密碼跟 RSA是同類型的，它們都叫做所謂離散對(duì)數(shù)問題，所以能破解這個(gè)RSA就能破解橢圓曲線密碼。結(jié)論就是說，量子計(jì)算機(jī)原理上已經(jīng)足以破解橢圓曲線密碼，唯一的問題是硬件還沒造出來。所以那些比特幣等等還在用，但如果加密系統(tǒng)不改的話，早晚會(huì)被破解。

量子力學(xué)跟元宇宙有什么關(guān)系？我其實(shí)真看不出來它有什么關(guān)系，目前我沒聽說有誰(shuí)把量子跟元宇宙拉到一塊去。

量子計(jì)算機(jī)跟人工智能這個(gè)關(guān)系還是挺密切的，據(jù)我所知已經(jīng)有很多人在研究用量子計(jì)算來做機(jī)器學(xué)習(xí)了，所謂量子機(jī)器學(xué)習(xí)，這是一個(gè)很蓬勃的研究領(lǐng)域。這個(gè)問題也在于它仍然處于一個(gè)只有理論沒有硬件的狀態(tài)，因?yàn)檫m合做這些事的計(jì)算機(jī)，或者說有實(shí)用價(jià)值的量子計(jì)算機(jī)還沒造出來，現(xiàn)在都只有原型機(jī)。我不會(huì)說它是偽科學(xué)，這肯定是一個(gè)非常有前途的發(fā)展方向，因?yàn)闄C(jī)器學(xué)習(xí)或者說整個(gè)人工智能一個(gè)核心的限制就是計(jì)算力量。量子計(jì)算機(jī)能夠提供非常強(qiáng)大的算力，所以任何人都能想到它們之間肯定會(huì)有一個(gè)很大的結(jié)合的空間，但是前提就是要等到有實(shí)用價(jià)值的量子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)。

袁嵐峰：量子機(jī)器學(xué)習(xí)未來可期（圖源：中國(guó)數(shù)字科學(xué)館）

觀察者網(wǎng)：您在書中提到的多數(shù)是量子力學(xué)的正面應(yīng)用。那么，有沒有潛在的負(fù)面作用呢？比如說對(duì)社會(huì)、個(gè)人隱私、政治、經(jīng)濟(jì)等的影響？

袁嵐峰：其實(shí)任何科技都可以有正面影響，也可以負(fù)面影響，就看你怎么用了。比如說量子保密通信的好處是完全保密，壞處也是完全保密，其實(shí)是同一件事，就看怎么用。因?yàn)榧用芎推平庳灤┱麄€(gè)人類歷史，是一直存在的一對(duì)矛盾。核心問題在于，如果真的有個(gè)特別保密的技術(shù)，那假如犯罪分子用這個(gè)技術(shù)，我們?cè)趺崔k？所以保密通信始終是處在一個(gè)你又想用，但是又不想讓用的人太多這樣一個(gè)狀態(tài)。

全世界所有的國(guó)家政府推行的保密標(biāo)準(zhǔn)都是對(duì)于普通人來說非常難以破解，但是對(duì)于政府來說，它總要留個(gè)后門。例如，美國(guó)推出的那些加密的標(biāo)準(zhǔn)總是讓普通人破解不了，但是自己能破解，量子保密也是這樣。經(jīng)常有人來問我說，犯罪分子用了這個(gè)東西，我們不是抓不到他了嗎？我就告訴他，數(shù)據(jù)不還是在運(yùn)營(yíng)商手上嗎？但如果兩個(gè)人中間什么中介都沒用，就用他們自己的硬件，做了一個(gè)量子密鑰分發(fā)（量子保密通信的專業(yè)名稱），然后他們倆之間通信，那確實(shí)就是任何他人都拿不到了，運(yùn)營(yíng)商也拿不到了。

這就是所謂道高一尺魔高一丈，技術(shù)就看你怎么用。量子計(jì)算機(jī)也是這樣，你可以用它來做好事，也可以用來做壞事。你可以用它來做天氣預(yù)報(bào)，交通控制，你也可以用它開發(fā)新的核武器，全看怎么用。

觀察者網(wǎng)：一個(gè)相對(duì)近期的負(fù)面作用，就是推行量子信息應(yīng)用的過程：所有的加密系統(tǒng)全部都需要更新一遍。這據(jù)您的預(yù)估大概要花多大成本，然后會(huì)產(chǎn)生什么樣的困難？

袁嵐峰：但凡在加密行業(yè)周邊人士都知道傳統(tǒng)密碼要保不住了。雖然它當(dāng)前還是可以用，因?yàn)槟芷平饷艽a的量子計(jì)算機(jī)還沒造出來，但這是早晚的事。你不可能等到那個(gè)量子計(jì)算機(jī)已經(jīng)造出來，然后再去改，那當(dāng)然就來不及了。不要說量子計(jì)算機(jī)，經(jīng)典計(jì)算機(jī)也是在不斷進(jìn)步的，所以這個(gè)算法無論如何都是要不斷改進(jìn)的。

業(yè)界內(nèi)有一個(gè)很大的運(yùn)動(dòng)，有很多人在研究所謂后量子密碼（post-Quantum Cryptography），或者叫抗量子密碼（Quantum resistant）。這個(gè)東西是什么意思？它仍然是一個(gè)基于數(shù)學(xué)的密碼，在這個(gè)意義上它跟傳統(tǒng)密碼是一樣。但是密碼設(shè)計(jì)之初的指導(dǎo)思想就是要抵抗任何已知的量子算法，就是說如果沒有開發(fā)出一個(gè)新的量子算法的話，你是破解不了它的。當(dāng)然，問題在于，你怎么知道人家開發(fā)不出來？到目前為止，沒有任何一個(gè)數(shù)學(xué)問題已經(jīng)被證明了不可能被經(jīng)典計(jì)算機(jī)破解，更不用說量子計(jì)算機(jī)了。所以現(xiàn)在整個(gè)密碼學(xué)其實(shí)處境都非常的微妙，我們認(rèn)為任何一種基于數(shù)學(xué)的密碼是安全的，其實(shí)都是一種信仰，而不是得到證明的數(shù)學(xué)定理，因?yàn)椴]有這樣的數(shù)學(xué)證明。我們只是覺得在實(shí)踐當(dāng)中它用了很久，沒有人公開提出一個(gè)破譯它的算法，所以我們認(rèn)為它是安全的。

袁嵐峰：我們認(rèn)為基于數(shù)學(xué)的密碼是安全的，其實(shí)都是一種信仰（圖源：“半島電臺(tái)”）

業(yè)界現(xiàn)在正在征集后量子密碼標(biāo)準(zhǔn)，也有很多研究的投入。前不久國(guó)盾量子的副董事長(zhǎng)趙勇博士說在征集過程中遇到很多困難。一開始，業(yè)界提出了很多后量子密碼的方法，準(zhǔn)備上升為標(biāo)準(zhǔn)?？墒悄莻€(gè)時(shí)候后量子密碼還處于一個(gè)自由研究的階段，大家會(huì)覺得這事好像雨后春筍一般，冒出很多思路都可以。真到了要從中選擇幾個(gè)作為標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，那就要真刀真槍“PK”了。那時(shí)候發(fā)生的事情就是，大家一方面提出自己的想法，一方面互相去破解別人的，立刻就有很多人發(fā)現(xiàn)可以破別人的方法，都搞不清楚到最后能不能有幾個(gè)存留下來。

基于數(shù)學(xué)的密碼有個(gè)好處，它切換的代價(jià)是比較低的，它是基于數(shù)學(xué)問題。但是最大的問題就在于你永遠(yuǎn)都不知道它是不是真的能保密，你永遠(yuǎn)不能排除別人哪天靈機(jī)一動(dòng)提出一個(gè)更好的算法。隨著后量子密碼越來越保密，同時(shí)也有個(gè)必然代價(jià)，就是計(jì)算量越來越大。

一般人可能沒有意識(shí)到，加密解密其實(shí)也是需要計(jì)算量的，而且這個(gè)成本會(huì)變得越來越高。比如說，我們現(xiàn)在最常用的RSA，它把加密寄托在一個(gè)大的合數(shù)上面，就是兩個(gè)很大的質(zhì)數(shù)相乘，然后得到一個(gè)很大的合數(shù)。那個(gè)合數(shù)變得越來越長(zhǎng)了，早年128位就行了，然后后來有人破解了，就翻成256位，然后逐漸上升，現(xiàn)在常見的是1024位，然后業(yè)界現(xiàn)在說，1024也保不住，推薦2048了。但是加密解密的時(shí)間成本隨著密鑰的長(zhǎng)度，上升的也是非?？斓?，所以 RSA也變得越來越不經(jīng)濟(jì)了。類似的事情對(duì)于后量子密碼同樣存在，而且后量子密碼的計(jì)算量會(huì)變得更大，某一天就會(huì)到一個(gè)大家都要承擔(dān)不起的成本閾值。相對(duì)而言，量子密鑰分發(fā)有個(gè)好處，它完全不需要算力，因?yàn)樗揪筒皇腔谟?jì)算的。在那種場(chǎng)景下，它會(huì)變得非常有價(jià)值，它可以節(jié)約大量的算力。

切換密碼體系對(duì)于業(yè)界是要付出一個(gè)成本，但是這個(gè)成本是必要的，你如果不改的話，密碼就完全等著被破了。但是怎么付成本，這當(dāng)中會(huì)有多個(gè)路線的選擇。這是當(dāng)前業(yè)界一個(gè)非常有意思的進(jìn)展，所以這是很值得密切關(guān)注的。

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