量子通信是否是一个骗局？

理论上量子通信早就是个大坑（我指的是大家都关注的热门话题），中欧美都有一大批科学家早早地就挖坑灌水，论文无数，从理论和实验上都证明了量子通信是没有任何问题的。
在工程上，潘建伟院士和中科院的工作也必然是目前领先的，因为确实没有其他任何一个组或者实验室有能力以几亿元人民币的经费和如此多科学家合作实现多卫星级别的量子通信网络。虽然潘院士不是第一个提出量子通信理论的，也不是第一个工程上实现量子通信的（比如更早的十几年前的DARPA），但潘院士确实在工程上是目前走在世界前沿的，潘团队在实现上克服了各种困难，不仅是经费上的，也有无数实际工程实践上的，应该说在世界上都是开拓性的、领先的、独一无二的成果。
而且我从来不认同这种说法，就是其他国家没有实现的工程，中国率先实现了就是骗局。因为就算在2017年，中国的科研体系依然有一项很大的优点，就是集中力量办大事，能在大项目上拨巨款、组织全国各个团队合作，这是中国能继续保持在先进的领域的学术和工程水平长期快速发展的法宝。如果因为欧美没有国家发射量子通信卫星，就说中国量子通信卫星是骗局，作为一个中国人，说出这种话来未免太没骨气了。
但问题是量子通信在商业上是否有价值？我是对这个事情上存疑的。量子通信本质上是传统通信（光纤、卫星等）+量子密钥的分配，并没有颠覆传统通信原理，只是在物理上实现了通信过程中的绝对保密和无法破解。传统的数学方法的通信加密本身足够可靠，价格相对于量子通信也要便宜太多太多，而且虽然理论上都是可以破解的，但在限定的时间内还是可靠无法破解。问题是，就算用了量子通信，也只能保证传输的绝对安全，也无法保证两端是否是安全的。如此高昂的商业成本，带来的是传输的绝对安全，但广泛应用、成本低廉的经典数学加密方法也是相对安全，在商业上、在具体应用上，量子通信短期内是不太可能替代传统通信的。
举个简单的例子，大家都知道计算机的随机数生成，几乎都是用伪随机数生成的方法，虽然做不到绝对随机，但是对于大部分程序来说也绝对够用。之前有人在物理上实现过绝对的量子随机数生成器，就是一边是光源，另一边检测接收到的光子数量——显然，这种物理上绝对正确的随机数生成器在目前应用范围极少——伪随机算法又多又好用，还便宜，干嘛还买你的一套设备呢，是不是白花钱？

1999年，RSA-155（512 bits）
2002年，RSA-158
2009年12月12日，编号为 RSA-768
除此以外目前,就公开的资料里,没有其他RSA被成功破解的记录
量子计算机破解RSA还是停留在理论上量子计算机还处于婴儿期

北京时间10月23日晚，“自然”杂志150周年纪念版发表了一篇论文，声称谷歌已经成功地实现了“量子霸权”。这一在量子领域被评为“你好世界”的事件立即占据了主流媒体的头版，论文对“200秒内量子计算=地球上最强大的超级计算机一万年”的描述成为整个互联网的热门话题。

但随着社会各界对“研究是否标志着量子计算走向实际应用”和“将迎来下一波科技浪潮”走向不同方向，有关钱币环的讨论更加关注谷歌在突破、“量子霸权”方向上的钱币乃至区块链在金融安全领域的威胁？事实上，量子威胁，如量子计算机，颠覆所有当前的密码学和破坏密码货币有着悠久的历史。

自从比特币诞生以来，人们就多次提到和讨论比特币。2017年，量子计算机强大的计算能力将在十年内破解比特币的安全性。面对大多数市场的担忧和疑虑，多年来许多领域都给出了相关的解释。“量子霸权”的方法和对破解密码系统的恐惧并不是造币所独有的。

目前除以太方、量子链等加密货币项目侧重于量子电阻外，许多密码学和量子密码学专家在倡导尽快建立保障资金安全的问题上，据彭博科技记者威廉·图顿上月在Twitter上透露，国家安全局目前一直在致力于相关技术的研究。因此，除非量子计算的威胁突然爆发，否则比特币仍有时间应对它的到来。“比特币是活的，共识在那里，货币在那里，如果不升级，它就不会因为算法或漏洞而消失。但是量子电阻问题还没有解决。随着量子计算机的不断发展和更多量子比特芯片的到来，这将仍然是悬在密码货币头上的达摩克利斯之剑。”

量子计算机不会对现代密码技术构成威胁：错误。

量子计算机对现代密码技术构成威胁。传统的密码技术是基于计算机难题的，如大质数分解、离散对数、椭圆曲线等。这些计算难题需要用超级计算机耗费巨大的时间和资源来破解。但是，量子计算机利用量子位运算和量子纠缠等特性，可以在很短的时间内解决这些计算难题。

因此，量子计算机可能会很容易地破解传统密码技术，对现代密码学构成威胁。为了应对量子计算机的挑战，研究人员正在开发新的加密技术，如基于量子力学的密码技术（Quantum Key Distribution）等。

量子计算机就是基于量子力学基本原理的计算机，和常规计算机的区别主要在于其基本信息单元不是比特（bit）而是量子比特（qubit）。

之前我们用0和1表示两个状态，而量子计算机的两个状态用0和1的相应量子叠加态来表示，单个量子CPU具有强大的并行处理数据的能力，其运算能力随CPU的个数指数增加！

现在我们人手一台的笔记本电脑，计算速度已经很快了，但是当多任务并行的时候，比如快速打开杀毒软件、浏览器、办公软件、音视频软件，就会经常卡顿 ，之所以卡顿，是受传统计算机的计算方式所限，即串行计算。

而量子计算是并行计算，即可同时处理多任务进程而互不影响。卡顿的情况就不存在了。量子计算机可用于海量数据的计算。

再举个例子，我们现在的网络加密依赖于RSA公钥体系，即传统的计算机很难完成大数的质数分解计算，而量子计算可以把计算过程按数量级缩减，经典计算机几十亿年都不能完成的计算，量子计算机只要几分钟就可以完成了。

数据安全和量子安全区别主要是在于两者是不同的领域的安全，数据安全侧重于对数据本身的秘密性的安全，而量子安全则是因为量子加密对数据安全多了一层防护，这层防护就是量子加密的安全。基本上第一层防护就是量子安全，而量子安全被攻陷了就到第二层的数据安全了。

此刻，美国伊利诺伊州的一个大型十字路口，车辆穿插不息，来往的人很少会意识到，他们经过的地方正是时下蓬勃发展的美国量子信息技术研究处，同样在中国合肥高新区的云飞路上，来往的 科技 开发人员和过客，也难以意识到，量子信息技术正在这条小道附近发芽。
在美国州际公路下方，处于纠缠态的光子（以光速运动的粒子）正构成美国最长的陆基量子网络之一的光纤电缆，往返传输到隔壁镇的美国阿贡国家实验室。
而此刻，研究人员想通过这83公里长的量子测试基站（和其他类似站点）来证明，你可以在一个地方编码量子态中的信息（例如在光子中），然后将其发送到其他地方，并在另一端完整地获取此信息。

当然，此举困难重重，科学家需要克服冻土、太阳辐射、车辆通行产生的振动等困难。可喜的是，一旦研究人员成功证实上述观点，他们带来的全新通信方式，将使5G这样全民皆知的技术成为过去式。

同时，其他实验室的研究人员，正在尝试将算法引入量子比特中，并在完成计算时将其正确转换。此举一旦真正的成功，那么他们将拥有一台新型的计算机——量子计算机。
多年以来，物理学家们清楚知道，量子力学原理可以彻底改变计算方式和互联网，量子比特的成熟 *** 控可以将算法的运行时间极大减少。由于任何干扰都会破坏信息，所以稳定的光子可以在世界范围内快速传输信息，同时传输过程不会受到入侵。

对我们其他人来说，量子革命似乎已经从无聊的科学理论变成了最尖锐的前沿。但殊不知，我们甚至有可能正在经历某种量子泡沫——它也许随时会破灭。

在2017年之前，大多数量子测试都只是通过闲置的光纤电缆来执行，没有人能够让量子比特，像经典计算机那样，可靠地处理信息。
而现在，全球有几十台量子计算机正在线运行，其中几台是软件开发者可以通过熟悉的服务器进行访问的，比如亚马逊网络服务账户。

在过去的两年中，美国已投入超过10亿美元（约合人民币66亿）的政府资金用于量子信息研究，量子计算初创公司也已经完成了多轮风险投资，而IBM宣布正在建造一台量子比特超过100万的计算机，而目前最多只有60个量子比特。中国政府也在今年10月份，宣布国家层面的量子信息技术政策计划。

尽管发展迅速，许多在量子信息科学这个新兴领域工作的人表示，量子比特的信息处理技术尚不足以替代经典计算机和互联网，因为它不够可靠，加上人们对它的认识也还不够。

开玩笑地说，大部分人认为，与其购买带量子比特的手机，还不如买苹果仿生芯片手机。

像量子比特和其他基本粒子的应用，在多数人的概念里，永远被归类为属于科研领域，与自身很难建立关系。但其中隐秘，未来走向，我们的客观经验何曾稳定可靠过。
由量子比特组成的计算机实际上是电路的集合，就像经典计算机由比特构成一样，输入值通过电路中的一系列逻辑门进行处理，每个逻辑门都会修改该值以产生输出。

如果你试图解决一个复杂的算法，例如，软件应用程序的测试。在一台经典计算机上运行，你需要将多个0和1位串在一起。但是，如果你使用量子比特运行算法，则仅需一个叠加态的量子比特，来代替所有的经典比特。

在改进量子计算和通信中，最难解决的问题是量子态的脆弱性。我们只能在测试中保护移动的量子粒子不受天气和道路振动的影响，而替代现有互联网所需的数千公里则另当别论。同样，即使在受控的实验室环境中，也没有人能弄明白如何使量子比特可靠运作。
正如IBM今年早些时候用27量子比特的Falcon处理器所展示的那样，它们在特定类型的计算中表现良好，且主要目的是用于测试。例如，研究人员可以用已知的解决方案向他们提出问题，然后验证其答案。但到目前为止，量子比特太过脆弱以至于无法在更大的群体中可靠运行，这就将它们永远地限制在了测试阶段。

IBM量子计算实验小组表示，理论上讲，随着量子比特数量的增加，我们就能够 探索 更加多样化的量子电路。但现实是，“量子比特损耗”问题意味着现存的量子计算机中，每一台的其中一部分，都专用于解决计算中的错误，而不是自己执行计算。

为了解决这个问题，释放量子计算的全部潜能，一些科研人员正在研究增加纠错码，而这些纠错码已在一些经典计算机中实现。

其他人正在 探索 将量子物理学应用于计算中的其他途径，这些途径不涉及门和电路。一种可能是诱使量子粒子忽略干扰性的背景噪声（例如振动、温度变化和杂散电磁场），芝加哥大学的一个团队在八月份宣布，他们成功地实施了这种诱导。

量子退火是另一项有潜力的技术，利用量子态的波动来进行计算，D-Wave的一些商用量子计算机便使用这种方法。但是它们也遭受错误的困扰，目前为止只能有效解决特定类型的算法，例如寻找一组点之间的最短路径。

去年，大众 汽车 在葡萄牙里斯本的一次试验中使用了D-Wave的方法来帮助公交车避免交通堵塞。这次实验是成功的，尽管它仅限于将与会者从机场带到会议中心。
此前，最臭名昭著的量子比特损耗出现在2019年10月，绰号“sycamore”的实验中。当时谷歌的研究人员宣布他们已在200秒内完成了对53个量子比特量子计算机的基准测试，这项测试需要一台经典超级计算机花费几天到10000年时间不等。

因此谷歌宣称已经取得了量子优势，量子计算机可以在不犯任何错误的前提下，比经典计算机更快地运行算法。这是量子信息科学领域的里程碑，谷歌首席执行官称之为量子计算的“你好世界（hello world）”时刻。

然而，不久之后，研究人员就对这项实验发出了质疑，引起了业界争论。

麻省理工学院的物理学家Wiliam Oliver表示，量子优势不在于它是否存在，而在于它何时崩溃。大多数人都认为谷歌做到了，但是如果他们增加了几个量子比特，就不可能做到这一点。他还认为量子计算的好处不仅仅是超越经典计算机，真正的里程碑应该是量子计算能够在任意时间无误地运行任意算法。
如果存在量子泡沫，则不仅是由于sycamore式学术研究的涌现，也是私营公司同时推动开发现实世界的量子应用（如避免交通拥堵），从而加剧了泡沫地膨胀。

至少从20世纪80年代，当阿贡物理学家Paul Benioff描述了计算机的第一个量子力学模型时，我们就知道量子力学在计算上的优势了。但是，这项技术好像对于小型初创公司和大型企业集团，有着恰到好处的吸引力。

同时为苹果和IBM工作的软件系统分析师William Hurley，在2018年创立了Strangeworks公司，是为研究量子算法的开发人员提供的社区中心。他个人认为，现在是量子时代最令人兴奋的时刻。

他还表示，已有1万多名开发人员签约提交了他们的算法，并与其他人进行合作。其中，初创公司Rigetti为了测试他们的量子算法，为亚马逊网络服务的用户，提供访问他们其中一台电脑的权限。这项名为Amazon Braket的服务于8月首次亮相，其客户包括大众和美国富达投资集团。

量子信息技术是如此吸引人，以至于大型企业正在瓜分整个研究部门，将其作为保持竞争力的一种方式。摩根大通的研究人员为其业务的各个部门都开发了量子算法，从加密到期权交易的安保。

摩根大通官方表示，其目前完全处于研究模式，希望在量子优势到来时做好准备。公司对于量子计算改善期权交易持乐观态度，而在这个金融领域，速度和准确性至关重要。
所有这些活动都得到了美国和海外纳税人的资金支持和激励，美国国家量子计划成立于2018年，其范围广泛（它呼吁制定一个“十年计划”，以加速量子信息科学和技术应用的发展）且慷慨大方（迄今为止已批准10亿美元）。

军方也提供了许多支持，例如美国国防部高级研究计划局（DARPA）今年迄今已经拨款近2000万美元（约合人民币13亿），用于推动量子计算机的发展。

Rigetti声称拥有美国唯一一家专门生产量子集成电路的工厂，它吸引了政府资金和风险投资。今年3月，该公司从DARPA获得900万美元资金（约合人民币6000万），随后完成了7900万美元的C轮融资（约合人民币52亿）。并在8月份宣布了其在英国建造第二台量子计算机的计划，该计划也获得了英国政府1000万英镑（约合人民币8620万）的资助。
然而，量子的不确定性代表着一场赌博，它还没有准备好解决现实世界中的问题。

事实上，如果量子比特损耗是量子物理学家的克星，那么访问挑战就是企业研究人员的祸根。每当量子计算机完成其算法的运行时，它都需要休息，否则量子纠缠将完全崩溃。量子比特的叠加态将会消失，叠加态之间相干性在经典世界中的消失过程称为量子退相干，这进一步证明了量子计算机的脆弱性。

今年9月，麻省理工学院的物理学家Wiliam Oliver和其他科学家共同宣布，他们认为普通物体如混凝土墙壁产生的无害辐射，加速了这种退相干。而将量子计算机转移到无辐射掩体中是不切实际的，并且对其他潜在补救措施（例如背景噪音欺骗）的研究才刚刚开始。

因此，在可预见的未来，量子计算机将不得不频繁地重置。如果你想像Rigetti和亚马逊那样提供量子计算的云服务，那就意味着你的客户需要等待很长时间。
事实是，需要一种将算法从经典计算机传递到量子计算机的方法，这加剧了访问挑战。最初，Rigetti允许客户在常规互联网上提交一个线路，然后再得到结果。但是，真正需要的是一个紧密的循环，这个循环发生在用来提交结果的经典计算机与再次运行的电路之间，而将公共互联网置于其中是一种巨大的威慑力。

Rigetti官方表示，得益于最近的改进，亚马逊客户将能够避免部分滞后时间，这使Rigetti能够同时评估数千条电路，并将结果以毫秒为单位返回到客户的经典计算机上。

但他们承认，除非完全过渡到量子系统，否则完全避免滞后时间的唯一方法，就是将量子和经典系统集成在一起，而完成这项成就还需要几十年的时间。
反观过往三年量子技术的飞速发展，下一次技术大飞跃是漫长的。但是进步是相对的。从20世纪第一个由真空管供电的电子电路，到邮票大小的A12仿生芯片为iPhone供电的半导体制造技术，已经过去了一个多世纪。因此，不要对未来的事态过早下定义。

David Aschwalom，芝加哥大学的物理学家、阿贡量子测试回路项目的负责人，也是前面提到的背景噪音欺骗技术的主要作者。他指出，量子信息研究的当前状态相当于1950年代只有几十个晶体管的经典计算机（现代笔记本电脑有数十亿个晶体管）。

但他指出，具有几十个量子比特的等效量子机器在“以高度非线性“的规模扩展，等到有人发明出一台大约有200个量子比特的量子计算机时，我们就能运行，比宇宙中的原子还要多的状态的算法。

IBM在9月份发布了一个路线图，该路线图显示它将如何在2023年之前，从今年的27个量子比特计算机，升级到名为Condor的1121个量子比特处理器。最终，IBM希望构建由100万个量子比特构成的完全容错的计算机。而这对于IBM自己的工程师来说，也是一个艰巨的项目。

除了要使这么多量子比特很好地协同工作，并保持一致性之外，Condor还需要在支持系统和物理架构方面进行改进。具有低温超导量子比特的量子计算机将会是一台庞然大物，带有众多稀释桥和低温冷却室，且还要有软管将所有零件连接在一起。

所有计算机都会产生热量，但量子计算机是名副其实的熔炉——首先，它们极易受到辐射和温度波动的影响。IBM指出，当今的商用冰箱无法有效地冷却和隔离一台百万量子比特的计算机。因此，新型冰箱也得出现在量子路线图上，可能是一个近3米高、2米宽的超级冰箱。
这项研究是非常真实的，但对我们大多数人来说是难以想象的。10000个在Strangeworks平台上分享算法的软件开发者们，为了验证他们的算法，需要找到量子计算机的空闲时间，运行之后进行准确性验证。要么他们也可以选择重写这些算法，并让它们在经典计算机上运行。

即使量子计算机成功地比经典计算机更快地完成了这些任务，但从长远来看，量子计算机的这种优势地位并不重要。至于量子互联网，测试平台的废弃光纤电缆提醒我们，挑战仍然存在。

说好听点，量子领域目前的状态成熟到可以接受挫折。说难听点，这是一个可能让纳税人和风险资本家都失望的泡沫。

但从消费者的角度来看，量子技术与3D电视或虚拟现实设备不同。它不需要你买一台新电视，或者把你家的整个房间都用来玩电子 游戏 。即使最终证明不可能使用量子处理器来制造手机，或者用光子可靠地将信息进行传输，公众仍然可以感受到量子对日常生活的贡献。

Rigetti相信，普通消费者可能会以两种方式其中的一种，来看待他们生活中的量子计算。

第一种是寻找一组点之间的最短路径问题。无论是将网约车司机派送到需求量大的社区，还是在堵塞的道路上驾驶公交车，提高尽快到达多个地点之间的能力，对现代生活来说都是一个巨大的福音。第二种是对消费品的改进（尤其是药品），量子计算机擅长建立用于药物开发的分子模型。

这两种情况以及其他类似情况都表明，未来，量子物理学不会取代我们今天所拥有的信息技术基础设施。事实上，量子的未来就是数据中心的未来，而不是50年后手机或笔记本电脑的样子。

换句话说，也许根本不存在即将破灭的量子泡沫。今天，大家都能理解超级计算机的重要性，尽管要准确描述其作用并不容易。无论我们是否达到了量子优势，或是否发明了坚不可摧的光子，量子技术对于这类机器存在改进作用是毋庸置疑的。

过去，到另一个城市可能需要好几个月的时间，火车的发明将时间急剧缩短。现在，可以将火车比喻为经典计算机，不管火车能走多远，你终究会碰到海洋，所以你需要乘坐飞机。

这就是量子计算：一项革命性的技术，可以让我们跨越隐喻的海洋。即使到了成熟阶段，它仍可能依赖经典计算机来执行日常任务，就像我们乘坐飞机去国外度假，但在去本地超市和商场的路上，依然会选择驾驶车辆。

如果最近投入量子计算研究的资金，让你心痒难耐地想买一部量子驱动力的iPhone，那么你可能生活在一个泡沫之中。过去几年的量子突破表明，在不太遥远的未来，虽然变化不会很明显，但更具革命性。新的疫苗可能在几天内诞生，而不是几年；股票交易可能发生在一瞬间……这使得今天花费几十亿美元来加速光子并建造巨型冰箱，都是值得的。
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我们通常用一种称为“公开金钥加密法”（public-keycryptography）的方法发送“秘密钥匙”（简称密钥或私钥），对传送的讯息加密或解密。
在IBM的龙华实验室里，班奈特（CharlesBennett）是位知名而优秀的理论学家，也是量子计算这个新领域的创始者之一。就像其他多数理论学家一样，他待在实验室的经验并不多。他对于外在的事物漫不经心，有一次甚至把茶壶放在隔水加热器太久，从绿色煮成红色。
在1989年，班奈特和同事斯莫林（JohnASmolin）以及布拉萨（GillesBrassard）决定放手一搏，着手进行一项开创性的实验。他们根据量子力学的原理，展示了一种新的密码技术。

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