量子互聯網的到來可能比你想象中的要快，在大多數人都沒有覺察到的時候，我們的互聯網世界即將邁入到量子時代。新的時代也許和你猜想的不一樣，朋友圈裡瘋傳的所謂“量子衛星地圖”、“量子高清照片”等東西，現在根本就是子虛烏有。但是，開啟新時代的第一步就是建立新的規則，它將會保護我們的互聯網、保護你的數據免受目前還不存在的新型計算機的攻擊。
儘管名字很花哨，“量子互聯網”並不會是某種未來新穎的在線導航方式。它也不會產生任何令人興奮的新內容，至少在未來幾十年內是不會的。量子互聯網看起來與你現在使用的互聯網大同小異，對你來說甚至感覺不到什麼變化。但是，科學家和密碼學家希望“量子互聯網”不僅能抵禦理論上的威脅，還能防範那些未來的、我們還沒有想到的威脅。
那麼，量子互聯網到底能為我們做什麼？科學家們的解釋是，量子互聯網的主要貢獻，是允許以一種完全安全的方式進行網絡加密通信，而且原則上是不會被竊取、被破壞的。簡而言之，量子互聯網有望在可預見的未來，保護我們免受黑客、網絡竊賊甚至是最新型、最強大的計算機的攻擊。
那麼，什麼是量子互聯網呢？其實，就是當你把量子力學的奇怪規則，應用於計算機網絡相互通信的方式時所發生的事情。
專業的說法，量子力學的解釋是，最小的物體，如亞原子粒子，被限制在特定性質（例如，它們的能量）的不同值的列表中。當你不觀察它們的時候，它們可能會進入一個狀態的疊加，這意味著同時具有幾個值，例如，最低能量狀態和次低能量狀態。但是，一旦它們被測量，它們就只假設其中一個值。你看到的值是根據一些固有的概率確定的。但是，你也可以糾纏這些粒子的狀態，也就是說，當你重複測量很多次時，它們之間的聯繫似乎比你從兩個遵循通常概率規則的獨立事物中得到的聯繫還要緊密。
聽起來是不是很奇怪？有些超出我們的想象？沒關係，我們只需知道科學家們是怎麼利用這些奇怪的規則的。
現在，研究人員正致力於將這些奇怪的規則整合到計算機和網絡中。比如，依賴於量子處理器的計算機，基於量子位元，可以呈現疊加態或糾纏態，可以快速創建分子的精確模擬，增強人工智能，並且能比普通計算機更快地解決其他問題。遺憾的是，目前還沒有一家公司在實驗上能夠證明量子計算機，可以在任何方面打敗經典計算機。儘管，科學家們正在努力的嘗試，但一臺真正能達到如此超級算力的量子計算機可能還需要幾十年的時間才能出現。
目前，量子計算機在解決當今加密技術方面具有先天的優勢，它所應用的那些奇觀規則，既可以造就完美的加密模式，又可以輕鬆破解當前的加密技術。其實，這正是最令人擔憂的問題。
密碼技術專家告訴我們，如果量子計算機真的問世，那麼我們就需要為互聯網做好準備，使其免受量子計算機的攻擊。
今天，互聯網通信是通過諸如（Diffie-Hellman）密鑰交換或RSA （rivist - shamir - adleman）系統這樣的算法來保護的。簡單的說，這些算法使用一個數學公式將消息打亂，並插入一些非祕密密鑰。解密消息則需要將加密的文本插回公式，並插入只有消息接收者知道的私鑰。私鑰和公鑰在數學上是相關的，但是，要弄清楚私鑰是什麼卻非常困難。所以，目前我們在互聯網上的通信安全才得以保證。
然而，由於一種名為Shor算法的量子算法，當如今的加密方案面在對量子攻擊時，將不再安全。幸運的是，目前還沒有一臺量子計算機可以強大到足以運行Shor算法，能夠破解當今的加密技術。但從理論上講，強大的量子計算機遲早都會出現，密碼學家必須提前做好準備，設計一種全新的加密數據的方法以應對危機。
所以，當量子互聯網真正來臨時，你的上網操作和體驗可能根本不會有什麼變化。也許，只是鏈接到安全web頁面的網絡地址將以“httpq”開頭，而不再是以“https”開頭。而真正的變化則是在後臺，一種被無法被量子計算機攻破的新算法將對在線通信進行加密保護。
這些變化被稱為“後量子密碼學”，它們即將到來。NIST（美國國家標準與技術研究院）早在2017年末，就收到了第一份關於後量子加密策略的意見書。一個月後，NIST的科學家們就選出了69名“完整和合適的”候選人。然後，在今年1月宣佈了26名第二輪候選人名單。第三輪（或最終的算法選擇過程）預計將於2020年至2021年進行，新的後量子密碼標準可能將在2024年之前出臺。
看到這裡你可能會猜想，科學家們是在用“量子加密”來對抗“量子解密”嗎？其實，“後量子密碼學”只是在尋找量子計算機無法破解的經典算法，而並非採用所謂的“量子加密”。也許，這看起來令人失望，但我們只需知道後量子密碼學是量子計算將給你的生活帶來的最重要和最相關的改變。甚至，比特幣的加密也面臨著量子攻擊的威脅。因此，這項工作和它帶來的變化將有利於網絡安全的整體發展。
在未來的一段時間裡，密碼學家會努力重建（網絡安全）一些基礎設施。在我們所有的數字平臺上，改造網絡最為基本的密碼系統，為未來最好準備。
其實，後量子密碼學只是第一步。科學家們已經制定了一個路線圖，詳細規劃了量子技術運用於計算機網絡的每一個步驟。不如，“墨子號”量子衛星已經允許研究人員通過在兩個位置之間發送糾纏光子來傳遞加密信息，並在確認糾纏後，生成一個量子密鑰供研究人員解碼加密信息。
總有一天，“量子中繼器”將會向網絡上的計算機發送被稱為光子的糾纏光粒子，以建立量子鏈路。這將允許用戶訪問類似於量子安全的私有Slack通道。在那裡，網絡中的每臺糾纏的計算機都可以傳遞祕密消息，屏幕上還會有一個基於糾纏度測量的圖標，向用戶顯示是否有人在竊聽網絡。目前，科學家正在研究一種方法來測試這樣一個網絡，而不需要依賴、信任它的製造商或中繼器的製造商，以達成真正的安全。
最終，研究人員希望量子互聯網將不僅僅只是一個安全的網絡。未來，一旦量子處理器更加成熟，量子互聯網將允許用戶通過雲上的安全量子鏈路來利用量子處理器的處理能力。這一點很重要，據目前而言，家庭使用的環境無法滿足量子處理器的需求（比如接近絕對零度的溫度要求）。
也許，量子處理器的量子鏈接可以讓公眾在遙遠的未來獲得想象不到的好處。關於這些好處也有很多推測，包括一些非常酷的東西。比如量子算法，它將使在線搜索信息更快，或者由於量子計算機對人工智能的潛在改進，遊戲領域可能會取得革命性的進步。也許，這會導致出現一個量子區塊鏈，由於量子無克隆定理（quantum no- clone theorem)，人們不可能（按照物理定律的定義）懷疑某個東西的真實性等等。而這一切推測都不是既定的，也許它們永遠不會發生，但如果沒有量子互聯網，它們肯定不會發生。
今天的量子計算機還沒有任何殺手級的應用程序，而且可能幾十年內都不會對你的計算機體驗帶來什麼驚人的變化。但互聯網將慢慢地納入量子啟發的安全協議，然後可能是實際的量子鏈接。也許有一天，你將會運行包含量子算法的程序。這一切終將會來到，現在我們只是邁出了一小步。
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