《量子信息科学与技术对国家安全的影响》最新118页

自 1994 年麻省理工学院数学家彼得-肖尔（Peter Shor）发现大数因式分解的量子算法以来，量子信息科学与技术一直处于科技前沿。量子理论的进步也推动了实际技术的应用。从加密、人工智能、传感到通信，量子技术既可应用于民用社会，也可应用于军事领域。因此，这种多用途的适用性有可能改变国际安全，因为科学发达的国家都在争夺量子霸权。本研究探讨了量子科学的应用以及这些应用如何对国际安全产生潜在影响。由于家资助和支持量子科学研究，研究方法的来源将包括学术期刊和在线资源以及政府报告。量子技术的实际应用，包括量子计算、量子传感和量子通信，将构成本研究的主要范围。

在量子计算取得进步的同时，量子比特也在不断发展，这表明量子信息科学与技术正在迅速成为现实。量子研究的成功不仅展示了量子科学的可行性，还展示了如何通过产生更多的量子比特来实现量子至上（Kelly，2018）。随着学术界、政府和跨国公司的科学家和研究人员不断推进量子科学的发展，量子科学在技术领域的潜在应用也在不断发展和扩大。

如何利用量子科学推进量子计算、通信或传感？另一方面，量子科学是否也能破坏当今使用的标准加密？如果是这样，国家或网络犯罪分子是否会大胆而邪恶地在军事或网络空间部署量子技术来打击目标和其他国家？像美国政府这样资源充足的政府该如何确保自己在量子研究领域保持领先地位，并在全球工业和国防领域具有竞争力？本研究要解决的主要问题是量子科学与技术的新兴应用，以及这些应用如何改变国家、网络犯罪分子和平民的国际安全进程。

量子科学主要以理论为基础。然而，对量子化应用和量子计算过程的预期导致了必须考虑的潜在问题。当今量子科学的核心是推进量子计算的能力。而量子计算则需要在稳定的环境中无差错、无噪音地处理量子比特。由于量子比特很脆弱，因此不能在温度波动等有噪音的环境中进行处理。由于 “需要接近绝对零度的极低工作温度”（Möller & Vuik，2017 年，第 254 页），这种敏感性是一个常见的挑战。虽然云计算有可能解决这一敏感性问题，但量子计算在理论上甚至能够解密云计算。

因此，推动量子科学发展的根本问题之一是量子计算所需的量子比特数量。根据凯利（2018）的说法，“用 49 个量子比特就可以舒适地展示量子至上”。除非量子比特的数量继续增加，以支持更强、更快的量子计算机，否则量子科学仍将是一种理论。从本质上讲，量子比特的数量决定了量子科学能否在现阶段的基础上进一步发展。

第二个潜在问题是量子科学的预期和应用。具体来说，量子计算有可能破解加密，包括现代的 RSA 2048 位加密，只需 2 千万量子比特，而不是之前评估的 10 亿量子比特（Jee, Hao, Firth & Temple, 2019）。因此，随着量子比特数量的大幅减少，解密 2048 位加密所需的时间也大幅减少。正如后文所述，解密时间的缩短和所需量子位的减少也会产生重大影响。

与量子计算相关的另一个问题是处理大量非结构化数据的能力。例如，金融服务业依赖于及时、快速分析大量非结构化数据的能力。量子驱动的算法可以执行此类分析，优化投资组合。但问题是，还没有人 “设法扩展量子计算机使其发挥作用”，“与金融业相关的计算需要数百或数千量子比特才能解决”（Dietz et al.）理论上可以处理非结构化数据，但发展仍然滞后。

推进和使用量子计算存在一些重大问题。如果今天的 2048 位加密能够通过量子驱动的算法和计算被破解，那么今天的敏感和加密信息最终将被利用并向公众披露。例如，政府的机密和敏感信息可能会因为加密被破解而提前泄露。国家现在就可以开展网络行动，获取尽可能多的加密数据，以便在未来量子计算准备就绪时进行解密。

因此，如前所述，量子计算机解密 2048 位加密的预期能力和贡献产生了重大影响。在民用层面，如果量子计算在未来可以用于解密这些敏感数据，那么今天的个人身份信息（PII）、健康和医疗记录或金融账户的加密数据将不再安全（Norris，2020 年）。在国家安全层面，一旦使用量子计算解密，有关军事通信、战略、移动或部署的加密信息将不再安全（Vermeer & Peet，2020）。如果这些数据和信息可以在未来解密，那么不法分子现在就可以试图获取这些数据和信息进行保管。一旦量子计算解密了 2048 位加密，行为者就可以利用他们已经获取并存储起来的数据。这种情况进一步提高了对这种可能结果进行评估和规划的紧迫性。

随着科学家和研究人员努力推动量子信息科学与技术的发展，科学界认识到量子科学取决于能够产生的量子比特数量。量子比特的数量使量子计算能够执行经典计算机通常无法执行的复杂算法。一旦生成了足够的量子比特而没有错误和噪声，量子计算就能为包括量子通信、传感和密码学在内的技术提供动力。有了这种量子驱动的技术，国家就能进一步推进其政治、经济和军事议程，并提高其在世界上的地位。国家最终将有能力推进其产业，包括军事、太空任务和健康计划。那么，问题就变成了国家将如何应用量子驱动技术，以及在哪些行业应用。同样，哪些国家正在通过政府项目和研究开展强有力的量子研究？因此，本项目旨在研究量子科技的实际应用和技术应用，以及政府对量子科技的兴趣和计划。在此过程中，还可以研究量子科技对国际安全的潜在影响。