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觀察者網：量子力學的成果能如何跟如區塊鏈、元宇宙、人工智能等新科技領域互助結合作用？

袁嵐峰：這個問題非常有意思。如果有人問我量子信息跟區塊鏈是什么關系，我的回答就是一句話：最基本的一個關系是，量子計算機可以破解比特幣。因為區塊鏈最核心的技術是加密，要保證每一個交易都是保密的。當前比特幣用的加密技術叫做橢圓曲線密碼。我的書里面解釋了一個最常用的密碼，叫做RSA，可以被一個量子的因數分解算法破解。但實際上不止于此，同一個算法也可以用來破解一些跟它類似的數學問題。橢圓曲線密碼跟 RSA是同類型的，它們都叫做所謂離散對數問題，所以能破解這個RSA就能破解橢圓曲線密碼。結論就是說，量子計算機原理上已經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，但如果加密系統不改的話，早晚會被破解。

量子力學跟元宇宙有什么關系？我其實真看不出來它有什么關系，目前我沒聽說有誰把量子跟元宇宙拉到一塊去。

量子計算機跟人工智能這個關系還是挺密切的，據我所知已經有很多人在研究用量子計算來做機器學習了，所謂量子機器學習，這是一個很蓬勃的研究領域。這個問題也在于它仍然處于一個只有理論沒有硬件的狀態，因為適合做這些事的計算機，或者說有實用價值的量子計算機還沒造出來，現在都只有原型機。我不會說它是偽科學，這肯定是一個非常有前途的發展方向，因為機器學習或者說整個人工智能一個核心的限制就是計算力量。量子計算機能夠提供非常強大的算力，所以任何人都能想到它們之間肯定會有一個很大的結合的空間，但是前提就是要等到有實用價值的量子計算機出現。

袁嵐峰：量子機器學習未來可期（圖源：中國數字科學館）

觀察者網：您在書中提到的多數是量子力學的正面應用。那么，有沒有潛在的負面作用呢？比如說對社會、個人隱私、政治、經濟等的影響？

袁嵐峰：其實任何科技都可以有正面影響，也可以負面影響，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，其實是同一件事，就看怎么用。因為加密和破解貫穿整個人類歷史，是一直存在的一對矛盾。核心問題在于，如果真的有個特別保密的技術，那假如犯罪分子用這個技術，我們怎么辦？所以保密通信始終是處在一個你又想用，但是又不想讓用的人太多這樣一個狀態。

全世界所有的國家政府推行的保密標準都是對于普通人來說非常難以破解，但是對于政府來說，它總要留個后門。例如，美國推出的那些加密的標準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。經常有人來問我說，犯罪分子用了這個東西，我們不是抓不到他了嗎？我就告訴他，數據不還是在運營商手上嗎？但如果兩個人中間什么中介都沒用，就用他們自己的硬件，做了一個量子密鑰分發（量子保密通信的專業名稱），然后他們倆之間通信，那確實就是任何他人都拿不到了，運營商也拿不到了。

這就是所謂道高一尺魔高一丈，技術就看你怎么用。量子計算機也是這樣，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報，交通控制，你也可以用它開發新的核武器，全看怎么用。

觀察者網：一個相對近期的負面作用，就是推行量子信息應用的過程：所有的加密系統全部都需要更新一遍。這據您的預估大概要花多大成本，然后會產生什么樣的困難？

袁嵐峰：但凡在加密行業周邊人士都知道傳統密碼要保不住了。雖然它當前還是可以用，因為能破解密碼的量子計算機還沒造出來，但這是早晚的事。你不可能等到那個量子計算機已經造出來，然后再去改，那當然就來不及了。不要說量子計算機，經典計算機也是在不斷進步的，所以這個算法無論如何都是要不斷改進的。

業界內有一個很大的運動，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）。這個東西是什么意思？它仍然是一個基于數學的密碼，在這個意義上它跟傳統密碼是一樣。但是密碼設計之初的指導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出一個新的量子算法的話，你是破解不了它的。當然，問題在于，你怎么知道人家開發不出來？到目前為止，沒有任何一個數學問題已經被證明了不可能被經典計算機破解，更不用說量子計算機了。所以現在整個密碼學其實處境都非常的微妙，我們認為任何一種基于數學的密碼是安全的，其實都是一種信仰，而不是得到證明的數學定理，因為并沒有這樣的數學證明。我們只是覺得在實踐當中它用了很久，沒有人公開提出一個破譯它的算法，所以我們認為它是安全的。

袁嵐峰：我們認為基于數學的密碼是安全的，其實都是一種信仰（圖源：“半島電臺”）

業界現在正在征集后量子密碼標準，也有很多研究的投入。前不久國盾量子的副董事長趙勇博士說在征集過程中遇到很多困難。一開始，業界提出了很多后量子密碼的方法，準備上升為標準。可是那個時候后量子密碼還處于一個自由研究的階段，大家會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作為標準的時候，那就要真刀真槍“PK”了。那時候發生的事情就是，大家一方面提出自己的想法，一方面互相去破解別人的，立刻就有很多人發現可以破別人的方法，都搞不清楚到最后能不能有幾個存留下來。

基于數學的密碼有個好處，它切換的代價是比較低的，它是基于數學問題。但是最大的問題就在于你永遠都不知道它是不是真的能保密，你永遠不能排除別人哪天靈機一動提出一個更好的算法。隨著后量子密碼越來越保密，同時也有個必然代價，就是計算量越來越大。

一般人可能沒有意識到，加密解密其實也是需要計算量的，而且這個成本會變得越來越高。比如說，我們現在最常用的RSA，它把加密寄托在一個大的合數上面，就是兩個很大的質數相乘，然后得到一個很大的合數。那個合數變得越來越長了，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，現在常見的是1024位，然后業界現在說，1024也保不住，推薦2048了。但是加密解密的時間成本隨著密鑰的長度，上升的也是非常快的，所以 RSA也變得越來越不經濟了。類似的事情對于后量子密碼同樣存在，而且后量子密碼的計算量會變得更大，某一天就會到一個大家都要承擔不起的成本閾值。相對而言，量子密鑰分發有個好處，它完全不需要算力，因為它根本就不是基于計算的。在那種場景下，它會變得非常有價值，它可以節約大量的算力。

切換密碼體系對于業界是要付出一個成本，但是這個成本是必要的，你如果不改的話，密碼就完全等著被破了。但是怎么付成本，這當中會有多個路線的選擇。這是當前業界一個非常有意思的進展，所以這是很值得密切關注的。

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