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。它的出現勢必掀起各產業領域的技術革新狂潮，推動人類文明的發展。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：“采用質因數分解的方法，將大整數分解成質數相乘的形式”，是世界首個既可用于數據加密，又可用于數字簽名的加密算法。

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，以求早日研發出可靠的密碼體制，確保用戶的信息安全。”

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技術綜合研究所也加入進來，成立了聯合研究團隊，正式開始密碼技術的研發工作。

東芝研發中心秋山浩一郎

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，所以公鑰密碼技術仍是安全的。此次研發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據量變得龐大，因此難以實際應用。

而東芝此次研發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據量。此外，東芝研發的技術還可以克服傳統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工作，旨在應對未來幾十年量子計算機的實用化需求。”

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工作。考慮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將會根據業務需求，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運行。因此，確立保障現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，不必擔心數據安全問題，可以和以前一樣，用郵件收發重要文件，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！