什么是量子計算機？

它是當今世界最新型的計算機，被譽為“夢想的超高速計算機”。它擁有無可比擬的運算速度，甚至比當今的超級計算機還要快1億倍。它的出現(xiàn)勢必掀起各產業(yè)領域的技術革新狂潮，推動人類文明的發(fā)展。目前，學術界有觀點認為：距離量子計算機實際應用的日子已經不遠，而其一旦投入實際使用，目前耗時數(shù)十年的計算工作（例如：氣象預測和基因組分析等）有望在幾小時完成。

但是，量子計算機的強大處理能力也是一把雙刃劍。未來，我們在享受其帶來的便捷生活的同時，也將面臨各種始料未及的風險。最直接的后果就是：保障當前通信安全的傳統(tǒng)密碼，例如“RSA密碼”¹，很可能在短時間內被輕易破解。
1RSA密碼：當今主流的密碼技術之一。其特點是：“采用質因數(shù)分解的方法，將大整數(shù)分解成質數(shù)相乘的形式”，是世界首個既可用于數(shù)據加密，又可用于數(shù)字簽名的加密算法。

如果密碼無法保護機密信息，那么網上購物和虛擬貨幣交易將暴露于風險之中，引發(fā)一連串的嚴重問題。這是普及量子計算機面臨的最大難題。為迎接即將到來的量子計算機時代，世界各國的技術研發(fā)部門正在積極探索全新的密碼技術，以確保量子計算機時代的用戶信息安全。

一、量子計算機無法破解的密碼體制是什么？

東芝研發(fā)中心的秋山浩一郎表示：“關于量子計算機實用化的具體時間，目前尚無法預測。但可以確定的是，量子計算機遲早會投入使用。當然，量子計算機并非全無漏洞，輕易破解傳統(tǒng)密碼體制的風險就嚴重推后了其實用化的時間。目前，我們急需解決來自兩方面的難題：技術方面和法律方面。作為技術工作者，我們會在技術領域竭盡全力，以求早日研發(fā)出可靠的密碼體制，確保用戶的信息安全?！?/p>

早在2000年前后，東芝就與日本北海道教育大學一起，著手基礎研討工作。隨后，東京大學與日本產業(yè)技術綜合研究所也加入進來，成立了聯(lián)合研究團隊，正式開始密碼技術的研發(fā)工作。

東芝研發(fā)中心秋山浩一郎

公鑰密碼到底是怎樣的技術呢？秋山結合東芝研究團隊的抗量子計算公鑰密碼技術概要，為大家進行了講解。

秋山介紹道：“公鑰密碼按字面意思，就是公開加密時所用的‘密鑰’。雖然用戶使用該公鑰進行加密，但使用公鑰本身卻無法解讀密碼。信息接收端必須擁有另一套私鑰才能解讀密碼。既然公鑰密碼使用公開密鑰（公鑰），就會存在這樣一種風險：有人將公鑰作為線索破解密碼。但是，這種破解密碼的運算需要極長的時間，實際應用中幾乎無法實現(xiàn)，所以公鑰密碼技術仍是安全的。此次研發(fā)的抗量子計算公鑰密碼技術采用了‘非線形方程式’算法，其運算難度遠超傳統(tǒng)算法，能夠確保密碼安全。”

此前，學術界也曾提出過很多“抗量子計算公鑰密碼”技術。其中，“格密碼”技術最具代表性，它采用的是“基于格的最短向量問題”這種超難問題算法方式，即使是當前的量子計算機也難以破解。但是，這需要龐大的公鑰密碼以增加運算難度，這就讓公開密鑰的數(shù)據量變得龐大，因此難以實際應用。

而東芝此次研發(fā)的技術則不存在此類問題。它在非線形方程式的答案中，選擇最短算式作為密鑰，大大削減了密鑰的數(shù)據量。此外，東芝研發(fā)的技術還可以克服傳統(tǒng)格密碼所存在的一定概率解密失敗的課題。

“有學者認為：新一代密碼技術市場將早于人們預期，在2020年啟動，到2030年，其市場規(guī)模將增長到2.1兆日元。因此，量子計算機難以破解的密碼技術將扮演舉足輕重的角色，成為社會基礎設施的強大后盾。我們目前正在致力于密碼技術的研發(fā)工作，旨在應對未來幾十年量子計算機的實用化需求?！?/p>

二、抗量子計算公鑰密碼技術會給生活帶來哪些影響？

目前，各國正在夜以繼日地進行著量子計算機的研發(fā)工作?？紤]到性能和成本等因素，一般用戶使用量子計算機的日子還很遙遠。但是，不遠的將來，政府機關和一般企業(yè)將會根據業(yè)務需求，在技術可控的范圍內，引進量子計算機投入實際使用。

如果上述夢想成真，量子計算機被濫用于破解密碼的風險必將突顯。那也正是我們此次研發(fā)的抗量子計算公鑰密碼技術大顯身手的好時機。

“抗量子計算公鑰密碼與目前的RSA密碼一樣，不為一般用戶所知，默默無聞地發(fā)揮著巨大的作用。量子計算機的實際應用自然能讓我們的生活變得更加方便，但如果抗量子計算公鑰密碼體制的實用化步伐沒能及時跟上，在信息安全方面無法維持現(xiàn)有的安全體制，通信領域的便利性也將不復存在。量子計算機時代真正到來之時，不應給人們生活帶來困擾，而應保持社會的平穩(wěn)運行。因此，確立保障現(xiàn)有便利生活的密碼技術是當務之急。”

總而言之，量子計算機時代離不開新一代密碼技術的支持，只有這樣，人們才能在享受量子計算機帶來的高效生活的同時，不必擔心數(shù)據安全問題，可以和以前一樣，用郵件收發(fā)重要文件，用線上支付的方式進行網絡購物。換個角度考慮，量子計算機有了強大的密碼技術作后盾，安全性得到了保障，也必將以更快的速度得到推廣普及。在即將到來的量子計算機時代，有了東芝抗量子計算公鑰密碼技術的加持，安全高效的未來生活不再是夢想！