观察者网：量子力学的成果能如何跟如区块链、元宇宙、人工智能等新科技领域互助结合作用？

袁岚峰：这个问题非常有意思。如果有人问我量子信息跟区块链是什么关系，我的回答就是一句话：最基本的一个关系是，量子计算机可以破解比特币。因为区块链最核心的技术是加密，要保证每一个交易都是保密的。当前比特币用的加密技术叫做椭圆曲线密码。我的书里面解释了一个最常用的密码，叫做RSA，可以被一个量子的因数分解算法破解。但实际上不止于此，同一个算法也可以用来破解一些跟它类似的数学问题。椭圆曲线密码跟 RSA是同类型的，它们都叫做所谓离散对数问题，所以能破解这个RSA就能破解椭圆曲线密码。结论就是说，量子计算机原理上已经足以破解椭圆曲线密码，唯一的问题是硬件还没造出来。所以那些比特币等等还在用，但如果加密系统不改的话，早晚会被破解。

量子力学跟元宇宙有什么关系？我其实真看不出来它有什么关系，目前我没听说有谁把量子跟元宇宙拉到一块去。

量子计算机跟人工智能这个关系还是挺密切的，据我所知已经有很多人在研究用量子计算来做机器学习了，所谓量子机器学习，这是一个很蓬勃的研究领域。这个问题也在于它仍然处于一个只有理论没有硬件的状态，因为适合做这些事的计算机，或者说有实用价值的量子计算机还没造出来，现在都只有原型机。我不会说它是伪科学，这肯定是一个非常有前途的发展方向，因为机器学习或者说整个人工智能一个核心的限制就是计算力量。量子计算机能够提供非常强大的算力，所以任何人都能想到它们之间肯定会有一个很大的结合的空间，但是前提就是要等到有实用价值的量子计算机出现。

袁岚峰：量子机器学习未来可期（图源：中国数字科学馆）

观察者网：您在书中提到的多数是量子力学的正面应用。那么，有没有潜在的负面作用呢？比如说对社会、个人隐私、政治、经济等的影响？

袁岚峰：其实任何科技都可以有正面影响，也可以负面影响，就看你怎么用了。比如说量子保密通信的好处是完全保密，坏处也是完全保密，其实是同一件事，就看怎么用。因为加密和破解贯穿整个人类历史，是一直存在的一对矛盾。核心问题在于，如果真的有个特别保密的技术，那假如犯罪分子用这个技术，我们怎么办？所以保密通信始终是处在一个你又想用，但是又不想让用的人太多这样一个状态。

全世界所有的国家政府推行的保密标准都是对于普通人来说非常难以破解，但是对于政府来说，它总要留个后门。例如，美国推出的那些加密的标准总是让普通人破解不了，但是自己能破解，量子保密也是这样。经常有人来问我说，犯罪分子用了这个东西，我们不是抓不到他了吗？我就告诉他，数据不还是在运营商手上吗？但如果两个人中间什么中介都没用，就用他们自己的硬件，做了一个量子密钥分发（量子保密通信的专业名称），然后他们俩之间通信，那确实就是任何他人都拿不到了，运营商也拿不到了。

这就是所谓道高一尺魔高一丈，技术就看你怎么用。量子计算机也是这样，你可以用它来做好事，也可以用来做坏事。你可以用它来做天气预报，交通控制，你也可以用它开发新的核武器，全看怎么用。

观察者网：一个相对近期的负面作用，就是推行量子信息应用的过程：所有的加密系统全部都需要更新一遍。这据您的预估大概要花多大成本，然后会产生什么样的困难？

袁岚峰：但凡在加密行业周边人士都知道传统密码要保不住了。虽然它当前还是可以用，因为能破解密码的量子计算机还没造出来，但这是早晚的事。你不可能等到那个量子计算机已经造出来，然后再去改，那当然就来不及了。不要说量子计算机，经典计算机也是在不断进步的，所以这个算法无论如何都是要不断改进的。

业界内有一个很大的运动，有很多人在研究所谓后量子密码（post-Quantum Cryptography），或者叫抗量子密码（Quantum resistant）。这个东西是什么意思？它仍然是一个基于数学的密码，在这个意义上它跟传统密码是一样。但是密码设计之初的指导思想就是要抵抗任何已知的量子算法，就是说如果没有开发出一个新的量子算法的话，你是破解不了它的。当然，问题在于，你怎么知道人家开发不出来？到目前为止，没有任何一个数学问题已经被证明了不可能被经典计算机破解，更不用说量子计算机了。所以现在整个密码学其实处境都非常的微妙，我们认为任何一种基于数学的密码是安全的，其实都是一种信仰，而不是得到证明的数学定理，因为并没有这样的数学证明。我们只是觉得在实践当中它用了很久，没有人公开提出一个破译它的算法，所以我们认为它是安全的。

袁岚峰：我们认为基于数学的密码是安全的，其实都是一种信仰（图源：“半岛电台”）

业界现在正在征集后量子密码标准，也有很多研究的投入。前不久国盾量子的副董事长赵勇博士说在征集过程中遇到很多困难。一开始，业界提出了很多后量子密码的方法，准备上升为标准。可是那个时候后量子密码还处于一个自由研究的阶段，大家会觉得这事好像雨后春笋一般，冒出很多思路都可以。真到了要从中选择几个作为标准的时候，那就要真刀真枪“PK”了。那时候发生的事情就是，大家一方面提出自己的想法，一方面互相去破解别人的，立刻就有很多人发现可以破别人的方法，都搞不清楚到最后能不能有几个存留下来。

基于数学的密码有个好处，它切换的代价是比较低的，它是基于数学问题。但是最大的问题就在于你永远都不知道它是不是真的能保密，你永远不能排除别人哪天灵机一动提出一个更好的算法。随着后量子密码越来越保密，同时也有个必然代价，就是计算量越来越大。

一般人可能没有意识到，加密解密其实也是需要计算量的，而且这个成本会变得越来越高。比如说，我们现在最常用的RSA，它把加密寄托在一个大的合数上面，就是两个很大的质数相乘，然后得到一个很大的合数。那个合数变得越来越长了，早年128位就行了，然后后来有人破解了，就翻成256位，然后逐渐上升，现在常见的是1024位，然后业界现在说，1024也保不住，推荐2048了。但是加密解密的时间成本随着密钥的长度，上升的也是非常快的，所以 RSA也变得越来越不经济了。类似的事情对于后量子密码同样存在，而且后量子密码的计算量会变得更大，某一天就会到一个大家都要承担不起的成本阈值。相对而言，量子密钥分发有个好处，它完全不需要算力，因为它根本就不是基于计算的。在那种场景下，它会变得非常有价值，它可以节约大量的算力。

切换密码体系对于业界是要付出一个成本，但是这个成本是必要的，你如果不改的话，密码就完全等着被破了。但是怎么付成本，这当中会有多个路线的选择。这是当前业界一个非常有意思的进展，所以这是很值得密切关注的。

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