下一代計(jì)算革命……量子計(jì)算？量子特性量子特性的任意疊加態(tài)，即一個(gè)量子比特可以同時(shí)表示0和1兩種狀態(tài)。E.g.,2個(gè)量子比特可以同時(shí)表示4種狀態(tài)（00,01,10,11),N個(gè)量子比特可以同時(shí)表示2N種可能狀態(tài)的疊加。疊加態(tài)特性使量子計(jì)算機(jī)能夠同時(shí)處理多個(gè)問題，大大提高計(jì)算效率。?糾纏（Entanglement量子糾纏指兩個(gè)或多比特之間存在的強(qiáng)關(guān)聯(lián)關(guān)系。當(dāng)其中一個(gè)量子比特的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，另一個(gè)與之糾纏的量子比特的狀態(tài)也會(huì)立即發(fā)生變化，無論它們之間的距離有多遠(yuǎn)。糾纏態(tài)特性使得量子計(jì)算機(jī)能夠在處理復(fù)雜問題時(shí)，實(shí)現(xiàn)信息的快速傳遞和協(xié)同處理。?量子干涉（Interference干涉原理使得量子比特在疊加態(tài)下能夠相互干涉，從而改變它們的概率分布。干涉現(xiàn)象可以用于優(yōu)化算法，使量子計(jì)算機(jī)能夠在處理復(fù)雜問題時(shí)，更快地找到最優(yōu)解（增強(qiáng)正確結(jié)果概率、抑制錯(cuò)誤結(jié)果）。量子計(jì)算相關(guān)概念?量子（Quantum）：是指微觀世界中一個(gè)不可分割的物理量基本單位，例如光子是光的單個(gè)量子?量子計(jì)算（QuantumComputing量子計(jì)算是利用量子力學(xué)原理進(jìn)行計(jì)算的新興計(jì)算方式?量子比特（Qubit）：量子計(jì)算的基本單位，可以同時(shí)是0和1的疊加態(tài)；經(jīng)典比特（Bit）則為非?量子門（QuantumGate量子門是對(duì)量子比特的量子態(tài)進(jìn)行可逆線性變換的操作，是構(gòu)建量子電路和實(shí)現(xiàn)量子算法的基本邏輯單元?經(jīng)典邏輯門vs量子門：量子特性的速度與量子比特?cái)?shù)的關(guān)系為指數(shù)級(jí)/平方根級(jí)增長(zhǎng)計(jì)算速度越快?量子計(jì)算的邏輯層是將物理量子比特轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行邏輯操作的關(guān)鍵層級(jí)，其核心目標(biāo)是通過邏輯量子比特的抽象、邏輯門的操作及邏輯電路的組合，實(shí)現(xiàn)可編程、可擴(kuò)展且容錯(cuò)的量子計(jì)算。?實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算依賴苛刻物理?xiàng)l件：√溫度：超導(dǎo)量子需-273.14°C極低溫（稀釋制冷劑），半導(dǎo)體量子工作溫度略高但仍需液氦冷卻√環(huán)境隔離：高真空（低于10-6–10-11大氣壓）、電磁屏蔽、振動(dòng)隔離2.量子門操作3.量子測(cè)量4.后處理優(yōu)化?將物理量子比特制備為已知且穩(wěn)定的相當(dāng)于經(jīng)典計(jì)算中的“程序運(yùn)行”，通過一系列量使其進(jìn)入所需的疊加態(tài)或糾纏態(tài)?利用干涉效應(yīng)增強(qiáng)正確解算法中通過干涉放大目標(biāo)狀態(tài)的概率幅?對(duì)量子比特進(jìn)行測(cè)量，使其從疊加態(tài)坍縮到某個(gè)確定狀態(tài)的，通常需要多次運(yùn)行（采樣）以獲得統(tǒng)計(jì)上可靠的結(jié)果?對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步處理以提取有用信息；通常涉及經(jīng)典計(jì)以優(yōu)化結(jié)果的準(zhǔn)確性后處理需將測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換為經(jīng)典的圖像格式輸出，得到最終的邊緣檢測(cè)圖像主流量子計(jì)算硬件技術(shù)路線?超導(dǎo)量子計(jì)算(SuperconductingQuantumComputing)：利用超導(dǎo)電路中的約瑟夫森結(jié)度快（納秒級(jí)）、技術(shù)相對(duì)成熟、易于集成與擴(kuò)散；易受噪聲和退相干影響、量子比特壽命較短?離子阱量子計(jì)算（TrappedIonQuantumComputing用電磁場(chǎng)捕獲單個(gè)帶電離子（如Be?、Yb?、Ca?),通過激光操控其內(nèi)部能級(jí)；量子態(tài)保持時(shí)間長(zhǎng)（秒級(jí)，相干性好）、操控精度高、量子門保真度高；操作速度較慢、硬件體積較大、系統(tǒng)擴(kuò)展性?光量子計(jì)算(PhotonicQuantumComputing)：使用單光子作為量子比特，通過光學(xué)器抗噪性強(qiáng)、適合量子通信與采樣問題；需要大規(guī)模光路集成、工程挑戰(zhàn)大?硅半導(dǎo)體量子計(jì)算(Silicon-basedQuantumComputing)：利用半導(dǎo)體中電子或原子核在可擴(kuò)展性高；操控與讀取難度大、技術(shù)成熟度低?拓?fù)淞孔佑?jì)算(TopologicalQuantumComputing基于任意子（Anyons）等拓?fù)錅?zhǔn)粒子的非阿貝爾統(tǒng)計(jì)特性，理論上具有天然抗干擾能力；理論上容錯(cuò)性好、抗噪聲；尚未實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到穩(wěn)定任意子、技術(shù)存在挑戰(zhàn)硬件技術(shù)路線級(jí)至105比特的“量子計(jì)算優(yōu)越性”（特定任務(wù)上超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)“九章二號(hào)”（202），工學(xué)院合作開發(fā)推出了“Ocelot”含9個(gè)量子比特，整合了貓量）；正式發(fā)布了基于“天衍504”貓量子比特技術(shù)：這種以薛定諤著名思想實(shí)驗(yàn)命名的量子比特，利用量子諧振器的相干態(tài)作為邏輯狀態(tài)，對(duì)環(huán)境中的某些類型錯(cuò)誤具有天然的抵抗力貓量子比特技術(shù)：這種以薛定諤著名思想實(shí)驗(yàn)命名的量子比特，利用量子諧振器的相干態(tài)作為邏輯狀態(tài)，對(duì)環(huán)境中的某些類型錯(cuò)誤具有天然的抵抗力經(jīng)典計(jì)算量子計(jì)算）：）：航空航天航空航天材料科學(xué)），金融行業(yè)“數(shù)秒”最高提升約34%信息安全加密算法面臨威脅加密算法面臨威脅破解RSA實(shí)驗(yàn)與研究?小規(guī)模分解實(shí)驗(yàn)：2024年，上海大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)曾用加拿大D-Wave公司開發(fā)的5000比特量子計(jì)算機(jī)和量子退火算法實(shí)現(xiàn)22位RSA大整數(shù)分解?破解2048位RSA整數(shù)的理論研究：?谷歌估算2019年）需2000萬比特的量子計(jì)算機(jī)用時(shí)8小時(shí)2025年5月）需100萬比特的量子計(jì)算機(jī)用時(shí)7天?學(xué)術(shù)界保守估算：需1300萬比特的量子計(jì)算機(jī)用時(shí)6小時(shí)對(duì)稱加密非對(duì)稱加密采用單一密鑰進(jìn)行“加密-解密”；AES（高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)）支持128位、192位、256位密鑰長(zhǎng)度?Grover算法加速暴力破解：破解速度從（O(2n)）降至（O(2n/2)，等價(jià)于“有效安全位減半”?長(zhǎng)周期數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)：低強(qiáng)度對(duì)稱加密（如3DES）可能在未來被破解采用公鑰-私鑰對(duì)；RSA：基于大數(shù)分解難題；ECC：基于橢圓曲線離散對(duì)數(shù)?Shor算法顛覆公鑰體系：破解速度從指數(shù)級(jí)或次指數(shù)級(jí)降至多項(xiàng)式時(shí)間（O(n3)）?數(shù)字簽名偽造風(fēng)險(xiǎn)：攻擊者可偽造ECDSA簽名，篡改交易指令或冒充合法用戶將任意長(zhǎng)度的輸入轉(zhuǎn)換為固定長(zhǎng)度的哈希值，不可逆；常見哈希算法：MD5、SHA-1、SHA-256等?Grover算法縮短碰撞搜索：破解速度從（O(2n)）降至（O(2n/2)?區(qū)塊鏈安全威脅：攻擊者獲取大量SHA-256哈希值，可偽造交易或雙重支付（目前SHA-256尚無破解案例）>非對(duì)稱加密（RSA,ECC）是“近端威脅”：RSA和ECC將首當(dāng)其沖，最先被攻破。>對(duì)稱加密（AES）是“遠(yuǎn)端威脅”：雖然破解AES-128所需的資源最少（~536個(gè)），受>哈希函數(shù)（SHA-256）是“資源黑洞”：破解SHA-256需要天文數(shù)字般的資源，其安全性受>金融業(yè)謹(jǐn)防“先破密鑰，后破數(shù)據(jù)”：攻擊者優(yōu)先使用量子計(jì)算機(jī)破解非對(duì)稱加密（RSA/ECC）獲取傳輸中的對(duì)稱加密密鑰，再用密鑰去解密海量的、用AES加密的交易數(shù)據(jù)。因此，保護(hù)密鑰分發(fā)的非對(duì)稱加密機(jī)制是防御的第一道、也是最關(guān)鍵的生命線。>>短期（5-10年現(xiàn)有加密體系仍安全，但需加速抗量子算法部署，防范“先存儲(chǔ)后破解”攻擊>長(zhǎng)期（10年+若量子計(jì)算機(jī)實(shí)用化后，傳統(tǒng)加密將面臨嚴(yán)重安全風(fēng)險(xiǎn)，須依賴量子安全技術(shù)2024年11月歐盟發(fā)布《向后量子密碼遷移的協(xié)同實(shí)施路線圖建議》，規(guī)劃到2024年11月歐盟發(fā)布《向后量子密碼遷移的協(xié)同實(shí)施路線圖建議》，規(guī)劃到2026年底，所有歐盟成員國都必須制定國家PQC過渡路線圖，并開始針對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)和中等風(fēng)到2030年底，所有高風(fēng)險(xiǎn)使用案例的過渡必須完成。到2035年底，會(huì)員國應(yīng)“盡可能多地”完成系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。2023年國家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局（國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)）批準(zhǔn)發(fā)布我國首個(gè)量子信息技術(shù)領(lǐng)域國家標(biāo)準(zhǔn)《量子計(jì)算術(shù)語和定中國國家密碼管理局正在推進(jìn)制定國際標(biāo)準(zhǔn)文件的編制工作，如《抗量子網(wǎng)絡(luò)通信2022年7月，NIST正式公布首批后量子密碼），進(jìn)一步擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)體系，發(fā)布FIPS203（密鑰（哈希簽名）等正式標(biāo)準(zhǔn)，明確了PQC算2024年11月，NIST發(fā)布《過渡到后量子密碼學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》初始公開草案，細(xì)化了遷移的技術(shù)路線與時(shí)間表，推動(dòng)聯(lián)邦系統(tǒng)及行業(yè)NIST要求2030年前棄用112位安全強(qiáng)度的傳統(tǒng)加密算法，2035年前全面禁用易受量子攻擊的加密算法，完成所有聯(lián)邦系統(tǒng)的后15短期（1-3年）啟動(dòng)密碼資產(chǎn)清點(diǎn)，梳理加密算法等；制定PQC遷移策略，優(yōu)先處理核心功能；與國內(nèi)量子企業(yè)開展研究試點(diǎn)。密鑰抗量子應(yīng)對(duì)方案>RSA、ECC：遷移至PQC算法>AES：增加密鑰長(zhǎng)度，優(yōu)先采用AES-256及以上；QKD量子密鑰分發(fā)>哈希：增加密鑰長(zhǎng)度，優(yōu)先采用SHA-384及以上；多哈希疊加>抗量子高優(yōu)先級(jí)：數(shù)字簽名、證書、密鑰派生等場(chǎng)景優(yōu)先采用更長(zhǎng)輸出的哈希>預(yù)防生態(tài)系統(tǒng)脆弱性：風(fēng)險(xiǎn)已從單點(diǎn)防御轉(zhuǎn)變?yōu)槿娴墓?yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)管理問題，提前評(píng)估合作伙伴抗量子能力推行混合加密，逐步替換算法；探索量子計(jì)算在業(yè)務(wù)場(chǎng)景應(yīng)用；參與標(biāo)準(zhǔn)制定，共建量子安全金融生態(tài)。后量子密碼學(xué)(PQC)用不依賴量子設(shè)備、量子下仍安全的新公鑰算法，替換/補(bǔ)強(qiáng)RSA、ECC標(biāo)準(zhǔn):NIST發(fā)布首批三項(xiàng)FIPS標(biāo)準(zhǔn)，?FIPS205–SLH-DSA（原SPHINCS+，哈希簽名）優(yōu)點(diǎn)：可在現(xiàn)網(wǎng)落地、成本可控、覆蓋所有“公鑰場(chǎng)景”注意：公鑰/簽名尺寸更大、握手報(bào)文變胖、部分業(yè)務(wù)需評(píng)估性能與帶寬；需更新PKI、證書、優(yōu)點(diǎn)：從物理層發(fā)現(xiàn)竊聽、與計(jì)算能力無關(guān)的長(zhǎng)期安全量子密鑰分發(fā)(QKD優(yōu)點(diǎn)：從物理層發(fā)現(xiàn)竊聽、與計(jì)算能力無關(guān)的長(zhǎng)期安全利用量子物理如BB84協(xié)議在量子信道分發(fā)一次性密鑰，數(shù)據(jù)面用對(duì)稱算