量子電腦與未來網絡安全

量子世界：量子電腦與未來網絡安全

在人工智能相關發展全面霸佔所有科技新聞的版面前，其實有另一個有不少人談論的話題，那就是上回《Alice and Bob》提到的「量子電腦」。量子力學，受惠於電影人的想像力，令大眾都有機會聽到這個物理學的當前研究題目。但它到底是甚麼，又和量子電腦，以至我們的互聯網經濟有何關係呢？

說起量子科學，一般人定必想到早前上映的Marvel電影《蟻俠與黃蜂女：量子狂熱》。

量子電腦

量子力學，是一個描述原子和亞原子層次物質與能量行為的物理學分支。在這個尺度下，物理世界會變得相當奇異，違反常理，也許就是這原因給予了電影人無盡的想像空間去創作。本博文在這裡只會選一個與量子電腦最相關的概念來簡介——「疊加態」。

在量子計算中，疊加態扮演著重要角色，為計算能力的顯著提升奠定了基礎。在傳統物理學，一個物理量只會是一個確定的值，就如以此為基礎的傳統電腦的位元(bit)只可以是0或1。但在量子力學中，叠加態是指一個物理量可以有多個值同時存在，因而以此為基礎的量子位元(qubit)，可以同時表示0和1。

叠加態使量子電腦能夠在同一時間處理多個計算過程，從而大幅提高計算速度。例如，假設我們有一個三量子位元的量子計算機，由於疊加態，它可以同時表示從000到111的所有8個可能狀態(即001、010、011、100、101和110)。這意味著，在一個運算周期內，量子電腦可以同時執行8個運算；相比之下，一個具有三個位元的傳統電腦同一時間只能處理一個運算。在這個例子中，量子電腦的計算速度比傳統電腦快了2^3 = 8倍。而隨著量子位元數量的增加，這一差距將變得更大。

2022年11月時，IBM發表了有433個量子位元的量子電腦，不談內裡使用不同技術，單說數量，為目前擁有最多量子位元的量子電腦。

當前發展

內地對於量子通訊有所發展：墨子號牽手「望遠鏡」成功建立量子糾纏，遠距傳輸也不用怕衛星被劫。

量子通訊由於傳輸高效和絕對安全的特點，被認為是下一代通訊和計算機技術的突破性研究，2016 年 8 月中國科學家發射世界首顆量子實驗衛星「墨子號」後，各界都相當期待一個安全的全球通信網絡問世，但如何避免長距離傳輸時的資訊洩漏仍待解決。如今，這個技術限制有解決方案了，可說是全球量子通訊建設的新突破！

「這是構建全球化量子密鑰分發網絡、甚至量子互聯網的重要一步。」

看到這裡，博友對量子電腦應有最初步的認識，但這個運算很快的電腦，跟我們的日常生活又有甚麼關係呢？我將會把早前博文的加密法與上文的量子電腦連結起來，中間的關鍵字就是「秀爾演算法」(Shor’s Algorithm)。