美國(guó)總統(tǒng)喬·拜登在闡述他的基礎(chǔ)設(shè)施支出計(jì)劃時(shí)談到，他的政府承諾為研發(fā)和未來(lái)產(chǎn)業(yè)投入1800億美元。量子計(jì)算是該計(jì)劃中列出的五個(gè)優(yōu)先事項(xiàng)之一，專家們認(rèn)為這將是實(shí)現(xiàn)美國(guó)高科技創(chuàng)新和技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者地位的核心。

借助量子計(jì)算機(jī)，研究人員和科學(xué)家們將可以以前所未有的速度存儲(chǔ)和處理信息，解決當(dāng)前計(jì)算機(jī)無(wú)法解決的復(fù)雜問(wèn)題，并將強(qiáng)大的算力用于分析從天氣模式到錯(cuò)綜復(fù)雜的人類基因組等所有問(wèn)題中。但量子計(jì)算在解決這些問(wèn)題的同時(shí)，也創(chuàng)造了新的問(wèn)題——如網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與管理、系統(tǒng)安全、量子就緒數(shù)據(jù)中心建設(shè)等。

網(wǎng)絡(luò)安全

網(wǎng)絡(luò)安全，特別是數(shù)據(jù)加密就是需要重新評(píng)估的極為重要的領(lǐng)域之一。當(dāng)前的加密方法需要大量的時(shí)間來(lái)破解，目前表現(xiàn)良好。但成熟的量子計(jì)算機(jī)可能將破解時(shí)間縮小幾個(gè)數(shù)量級(jí)，從而使數(shù)據(jù)庫(kù)、電子郵件和軍事通信內(nèi)容泄密。換句話說(shuō)，在短短幾年內(nèi)，如今加密的一切都將面臨被破解的風(fēng)險(xiǎn)。

情報(bào)界高度關(guān)注這種威脅。美國(guó)國(guó)家反情報(bào)和安全中心（NCSC）最近發(fā)布了了一份報(bào)告《保護(hù)美國(guó)關(guān)鍵和新興技術(shù)，免受外來(lái)威脅》（Protecting Critial and Emerging U.S. Technologies from Foreign Threats），詳細(xì)說(shuō)明了必須減輕來(lái)自所謂“戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手”的風(fēng)險(xiǎn)。報(bào)告認(rèn)為：由于更多的國(guó)家開始開展量子計(jì)劃，或?qū)⑨槍?duì)美國(guó)使用網(wǎng)絡(luò)防御，如果沒(méi)有有效的應(yīng)對(duì)措施，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手使用量子計(jì)算將可能對(duì)美國(guó)國(guó)家安全系統(tǒng)甚至國(guó)家造成毀滅性的影響。

此外，作為網(wǎng)絡(luò)安全基礎(chǔ)的密碼學(xué)必須加速發(fā)展，以確保在量子計(jì)算時(shí)代關(guān)鍵數(shù)據(jù)和資產(chǎn)的安全。美國(guó)頂級(jí)專家正在為此努力，例如美國(guó)能源部和芝加哥大學(xué)合作開發(fā)了一個(gè)安全的量子計(jì)算網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施以供研究人員使用，同時(shí)也計(jì)劃將該網(wǎng)絡(luò)推廣到處理高度敏感數(shù)據(jù)的政府機(jī)構(gòu)和行業(yè)中。

當(dāng)前，研究人員們必須思考量子時(shí)代如何保證數(shù)據(jù)安全。例如，IT 團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該清點(diǎn)需要加密的數(shù)據(jù)資產(chǎn)，并評(píng)估受舊加密算法保護(hù)的存檔數(shù)據(jù)是否必須應(yīng)用新的加密方法。

IT基礎(chǔ)設(shè)施管理

量子計(jì)算還將改變 IT 基礎(chǔ)設(shè)施管理的未來(lái)。例如在過(guò)去對(duì)IT設(shè)施的配置進(jìn)行錯(cuò)誤的更改，將導(dǎo)致故障和中斷。未來(lái)IT 專業(yè)人員借助量子計(jì)算的力量，使用超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，可以在配置更改推出之前，就能快速模擬出其在企業(yè)范圍內(nèi)的影響，從而消除人為的配置錯(cuò)誤并節(jié)省時(shí)間。

量子技術(shù)還可用于自動(dòng)識(shí)別問(wèn)題以防問(wèn)題擴(kuò)大。例如，強(qiáng)大的量子計(jì)算可以掃描數(shù)TB的日志，以前所未有的方式對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施性能進(jìn)行高級(jí)分析。

科學(xué)技術(shù)研究

量子計(jì)算的蘊(yùn)藏力量也將為化學(xué)及其他領(lǐng)域打開一個(gè)更廣泛研究成果的大門。根據(jù)OpenGov Asia網(wǎng)站報(bào)道，研究人員表示，在科研工作中計(jì)算的邊界在擴(kuò)大，百億億次級(jí)計(jì)算、量子計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)等，都將是解決化學(xué)復(fù)雜問(wèn)題的工具，將應(yīng)用于碳捕獲、海水淡化和可再生能源技術(shù)等多方面。

美國(guó)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)在主持多機(jī)構(gòu)合作計(jì)劃，通過(guò)基礎(chǔ)研究推進(jìn)量子計(jì)算的集成開發(fā)環(huán)境（AIDE-QC)，通過(guò)硬件開發(fā)人員和科學(xué)領(lǐng)域合作改進(jìn)軟件和算法，使量子計(jì)算成為科學(xué)發(fā)現(xiàn)的有用工具。

編譯：李每

編輯：王衍