本文来自微信民众号：Nature自然科研（ID：Nature-Research），原文作者：Davide Castelvecchi，头图来自：BBVA Foundation

25年前，Peter Shor证实晰若何让量子盘算变得可行，同时也表明晰量子盘算会若何威胁到数据；以下是《自然》对他的采访。

上世纪80年代，当物理学家首次提出量子盘算机的想法时，它们听起来就像是理论上很精彩、但可能注定只能停留在论文里的观点。到了1995年，也就是25年前的10月，数学家Peter Shor揭晓的一篇论文[1]改变了人们的看法。

应用数学家Peter Shor解决了量子盘算领域的一个主要问题。泉源：BBVA FOUNDATION。

Shor在论文中证实晰若何战胜量子盘算机的一个关键问题。量子盘算机以量子比特为单元处置信息——量子比特对应经典比特，但能同时示意0和1。已知量子态对噪声异常敏感，这会造成信息丢失。Shor提出的误差修正手艺能检测到噪声导致的错误，带来了一种让量子信息更抗噪的方式。

Shor现在就职于麻省理工学院，同时也是一位出书过作品的诗人。1994年，他第一次发现了[2]使用理论量子盘算机的方式，震惊了物理学界和盘算机科学界——这种方式可能有用但也令人担忧。他写了一种算法，可以让量子盘算机以闪电般的速率将整数剖析质因数。今天的大部分网络流量的平安性都是由基于大质数的加密手艺来保证的。破解这些密码很难，由于经典盘算机剖析大整数质因数的速率很慢。

现在，量子盘算机已经成为现实，但它们剖析跨越两位数数字的能力依然处于低级水平。然则，量子盘算机威胁到网络加密只是一个时间问题。

《自然》采访了Shor，询问他若何看待自己研究的影响力，以及网络平安的未来将走向何方。

在你的剖析质因数算法泛起前，量子盘算机是否只停留在理论层面？

我的论文确实给了人人一种印象，就是这些盘算性能做些有用的事。盘算机科学家Daniel Simon在我的效果出来前，解决了他遇到的一个问题，证实晰量子盘算机[比通俗盘算机]快了好几个指数级。但纵然有了Simon的算法，人们依然不清楚量子盘算性能有什么用。

你宣布这个剖析质因数算法时，人们有何反映？

刚最先，我只得到了中心效果。1994年4月，我在[那时我就职的新泽西州]贝尔实验室（Bell Labs）做了一次关于它的演讲。新闻传得很快，谁人周末，盘算机科学家Umesh Vazirani给我打了个电话。他说：“我听说你能用量子盘算机剖析质因数，请告诉我是若何做到的。”那时刻，我实在还没有解决剖析质因数的问题。我不知道你听说过儿童游戏“打电话”没有，但不知怎的，五天时间里，我的研究效果就变成了剖析质因数，由于人们都在这样传。在那五天里，我正好也解决了谁人问题，以是我能告诉Umesh若何做。

我的论文还没写完的时刻，就有林林总总的人来问我要论文，以是我只能把还不完整的草稿先寄给他们。

然则许多专家照样以为量子盘算机会在完成盘算前丢失信息？ 

有一个否决意见是说在量子力学中，若是你丈量一个系统，你就会不可避免地滋扰它。我证实晰若何在丈量错误的同时不丈量盘算，这样你就能纠正错误，而不会损坏整个盘算。

在我那篇1995的纠错论文揭晓后，一些嫌疑人士也最先信赖量子盘算或许是可行的。

纠错依赖“物理”和“逻辑”量子比特。这两者有什么差异？

为量子盘算机写算法时，假设的是量子比特是无噪的，算法中形貌的这些无噪量子比特就是逻辑量子比特。实际上量子盘算机中没有无噪量子比特，事实是，若是我们在不举行任何降噪的情况下运行算法，险些必定会泛起错误。 

物理量子比特是量子盘算机的其中一种噪声量子比特。若是要在不失足的情况下运行算法，我们就要行使物理量子比特编码逻辑量子比特，使用一种量子纠错码。据我们所知，实现这一步的最好做法要求相当高——每个逻辑量子比特都需要许多物理量子比特。

要盘算出这项手艺需要若干量子比特是一项异常复杂的事情。若是你想用外面码（现在最好的候选工具）构建一个量子盘算机，每个逻辑量子比特约莫需要100个物理量子比特或更多。

2019年，谷歌用54量子比特的量子盘算机解决了一个经典盘算机险些不可能完成的义务，这也是对“量子优越性”的首次演示。您对此有何评价？

它肯定是一个里程碑。它表明晰量子盘算机可以比经典盘算机做得更好——至少是在一些人为设计的问题上。谷歌确实举行了一些宣传。但他们也有一台异常值得称道的量子盘算机。但这个盘算机依然需要改善，才气做出有意思的事来。另有初创公司IonQ，他们看起来似乎能构建一个在某种程度上跨越谷歌或IBM的量子盘算机。

若是量子盘算性能做大数质因数剖析，它们就能破解“RSA”——无处不在的网络加密系统。

是的，然则最先破解RSA的人不是来自NSA[美国国家平安局]，就是来自其他大型机构。这些盘算机一最先会很慢。好比，若是你有一台只能一小时破解一个RSA密钥的盘算机，那么任何不属于优先事项或国家平安风险的器械都不会被破解。相比看你的邮件，NSA的量子盘算机有更主要的事情要做。

有没有能取代RSA的密码系统，纵然在量子盘算机时代（“后量子密码”）也是平安的？ 

我以为已经有能取代RSA的后量子密码系统了。RSA不是现在的大问题，现在的大问题是另有其他方式可以损坏网络平安，好比恶意编程的软件、病毒、向并非绝对老实的一方发送信息等。我以为用平安的后量子密码系统取代RSA的唯一阻碍是意志和编程时间。我以为我们已经知道要若何做到这一点，只是不清楚是否能实时做到。

我们是否有被突然袭击的风险？

是的，人们已经为解决千年虫问题（Year 2000）投入了大量精神。你需要支出大量起劲才气过渡到后量子时代。若是我们等得太久，就太迟了。

参考文献：

1. Shor, P. W. Phys. Rev. A 52, R2493(R) (1995).

2. Shor, P. W. Proc. 35th Annual Symp. Found. Comp. Sci. 124–134 (1994).

原文以Quantum-computing pioneer warns of complacency over Internet security为题目揭晓在 2020年10月30日的《自然》的News Q&A版块上

本文来自微信民众号：Nature自然科研（ID：Nature-Research），原文作者：Davide Castelvecchi