量子計算機算力與算法雙重躍進，傳統(tǒng)加密體系安全防線告急

4 月 13 日消息，據(jù) ScienceAlert 報道，在線數(shù)據(jù)總體來說相當(dāng)安全。假設(shè)每個人都妥善保管密碼并做好其他防護措施，這些數(shù)據(jù)就如同被鎖在一座極為堅固的保險庫里，即便全球所有超級計算機聯(lián)合運算一萬年，也無法將其破解。

但上個月，谷歌及其他機構(gòu)發(fā)布的研究結(jié)果表明，一種新型計算機 —— 量子計算機，或許能用遠(yuǎn)低于此前預(yù)估的資源打開這座保險庫。

IT之家注意到，這種變革正從兩個方向推進。一方面，IBM、谷歌等科技巨頭正競相研發(fā)規(guī)模更大的量子計算機：IBM 希望今年在部分特定場景中實現(xiàn)對傳統(tǒng)計算機的真正算力優(yōu)勢，并在 2029 年前推出功能更強大的“容錯”量子系統(tǒng)。

另一方面，理論學(xué)家也在不斷優(yōu)化量子算法：近期研究顯示，破解現(xiàn)有加密技術(shù)所需的資源，可能遠(yuǎn)低于早期估算。

最終結(jié)果是什么？量子計算機能夠破解廣泛應(yīng)用的加密技術(shù)的那一天 —— 被稱為“量子日（Q Day）”，或許比預(yù)期更快到來。

量子硬件競賽

量子計算機由量子比特（qubit）構(gòu)成，它利用微觀粒子違背直覺的物理特性，以一種與傳統(tǒng)計算機截然不同、且往往高效得多的方式進行運算。

目前該技術(shù)仍處于起步階段，核心目標(biāo)是增加可互聯(lián)并協(xié)同運算的量子比特數(shù)量。規(guī)模更大的量子計算機，在部分任務(wù)上的表現(xiàn)將遠(yuǎn)超傳統(tǒng)計算機，即實現(xiàn)“量子優(yōu)勢”。

去年年底，IBM 發(fā)布了一款 120 量子比特芯片，希望借此在部分任務(wù)中展現(xiàn)量子優(yōu)勢。

谷歌近期也宣布，將加快部署可抵御量子計算機破解的加密技術(shù)，也就是后量子密碼學(xué)。

除了這些科技巨頭，新型技術(shù)路線也在蓬勃發(fā)展。PsiQuantum 公司采用光量子比特與傳統(tǒng)芯片制造技術(shù)；中性原子系統(tǒng)等實驗平臺，已在實驗室環(huán)境中實現(xiàn)對數(shù)千個量子比特的操控。

對此，各類標(biāo)準(zhǔn)組織與國家機構(gòu)正制定愈發(fā)明確的時間表，逐步淘汰易受量子攻擊的通用加密系統(tǒng)。

在美國，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）已提議逐步替換易被量子破解的加密技術(shù)，計劃在 2035 年前基本完成遷移工作。

在澳大利亞，澳大利亞信號局也發(fā)布了類似指導(dǎo)意見，敦促各機構(gòu)立即啟動規(guī)劃，在 2030 年前完成向后量子密碼學(xué)的過渡。

算法讓破解效率大幅提升

硬件只是其中一環(huán)，同樣關(guān)鍵的還有量子算法的進步 —— 即利用量子計算機破解加密的方法。

1994 年，彼得 · 肖爾發(fā)現(xiàn)了一種算法，證明量子計算機可高效分解超大數(shù)的質(zhì)因數(shù)，這一數(shù)學(xué)原理正是破解通用 RSA 加密算法的關(guān)鍵，也極大推動了量子計算機的研發(fā)熱潮。

數(shù)十年來，業(yè)界普遍認(rèn)為，一臺量子計算機需要數(shù)百萬個物理量子比特，才能對現(xiàn)實中的加密技術(shù)構(gòu)成威脅。這一規(guī)模遠(yuǎn)超現(xiàn)有系統(tǒng)，因此威脅看似還十分遙遠(yuǎn)。

如今，這一局面正在改變。

2026 年 3 月，谷歌量子人工智能團隊發(fā)布詳細(xì)研究報告，指出破解另一類采用橢圓曲線數(shù)學(xué)原理的加密技術(shù)，所需資源遠(yuǎn)少于預(yù)期。比特幣、以太坊等系統(tǒng)均采用此類加密，該研究顯示，一臺物理量子比特不足 50 萬的量子計算機，就能在數(shù)分鐘內(nèi)將其破解。

這一規(guī)模雖仍遠(yuǎn)超當(dāng)前量子計算機，卻僅為早期估算的十分之一左右。

與此同時，加州理工學(xué)院、加州大學(xué)伯克利分校與 Oratomic 公司的合作團隊在 2026 年 3 月發(fā)布預(yù)印本論文，探究了中性原子量子計算機的應(yīng)用潛力。研究人員估算，僅需 1 萬至 2 萬個原子量子比特，就能實現(xiàn)肖爾算法。在他們提出的一種設(shè)計方案中，一臺約 2.6 萬個量子比特的系統(tǒng)可在數(shù)天內(nèi)破解比特幣加密，而破解 2048 位密鑰的 RSA 算法等更復(fù)雜的問題，則需要更多時間與資源。

簡而言之：密碼破解的效率正在不斷提升。即便大規(guī)模量子硬件尚未問世，算法與設(shè)計的進步也在持續(xù)降低量子攻擊的門檻。

當(dāng)下該如何應(yīng)對？

這在現(xiàn)實中意味著什么？

首先，眼下不會出現(xiàn)災(zāi)難性危機，現(xiàn)有加密技術(shù)不會在一夜之間被破解。但發(fā)展趨勢已然明確：硬件與算法的每一次升級，都在縮小現(xiàn)有算力與實用型量子破解設(shè)備之間的差距。

其次，有效的防御手段已然存在。美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院已敲定多款后量子加密算法，這些算法被認(rèn)為可抵御量子攻擊。

科技企業(yè)已開始混合部署這些技術(shù)：例如谷歌瀏覽器、Cloudflare 已在部分協(xié)議與服務(wù)中支持后量子安全防護。

高度依賴橢圓曲線加密的系統(tǒng)，包括加密貨幣與眾多安全通信協(xié)議，需重點關(guān)注。谷歌的最新研究明確指出，區(qū)塊鏈系統(tǒng)需遷移至后量子加密方案。

最后，這是一場雙線競賽。僅關(guān)注量子硬件的進展遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，算法與糾錯技術(shù)的進步同樣至關(guān)重要，近期研究成果表明，這些突破能大幅降低量子攻擊的預(yù)估成本。

每一條關(guān)于量子比特數(shù)量減少、量子算法提速的新聞，都在傳遞一個信號：我們正一步步走向現(xiàn)有加密安全假設(shè)不再成立的未來。

唯一可靠的防御方式，就是審慎且果斷地向抗量子密碼技術(shù)過渡。