美国为未来做准备：多方机构研究量子计算

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美国总统乔·拜登在阐述他的基础设施支出计划时谈到，他的政府承诺为研发和未来产业投入1800亿美元。量子计算是该计划中列出的五个优先事项之一，专家们认为这将是实现美国高科技创新和技术领导者地位的核心。

借助量子计算机，研究人员和科学家们将可以以前所未有的速度存储和处理信息，解决当前计算机无法解决的复杂问题，并将强大的算力用于分析从天气模式到错综复杂的人类基因组等所有问题中。但量子计算在解决这些问题的同时，也创造了新的问题——如网络优化与管理、系统安全、量子就绪数据中心建设等。

 

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网络安全

 

网络安全，特别是数据加密就是需要重新评估的极为重要的领域之一。当前的加密方法需要大量的时间来破解，目前表现良好。但成熟的量子计算机可能将破解时间缩小几个数量级，从而使数据库、电子邮件和军事通信内容泄密。换句话说，在短短几年内，如今加密的一切都将面临被破解的风险。

情报界高度关注这种威胁。美国国家反情报和安全中心（NCSC）最近发布了了一份报告《保护美国关键和新兴技术，免受外来威胁》（Protecting Critial and Emerging U.S. Technologies from Foreign Threats），详细说明了必须减轻来自所谓“战略竞争对手”的风险。报告认为：由于更多的国家开始开展量子计划，或将针对美国使用网络防御，如果没有有效的应对措施，竞争对手使用量子计算将可能对美国国家安全系统甚至国家造成毁灭性的影响。

此外，作为网络安全基础的密码学必须加速发展，以确保在量子计算时代关键数据和资产的安全。美国顶级专家正在为此努力，例如美国能源部和芝加哥大学合作开发了一个安全的量子计算网络基础设施以供研究人员使用，同时也计划将该网络推广到处理高度敏感数据的政府机构和行业中。

当前，研究人员们必须思考量子时代如何保证数据安全。例如，IT 团队应该清点需要加密的数据资产，并评估受旧加密算法保护的存档数据是否必须应用新的加密方法。

 

IT基础设施管理

 

量子计算还将改变 IT 基础设施管理的未来。例如在过去对IT设施的配置进行错误的更改，将导致故障和中断。未来IT 专业人员借助量子计算的力量，使用超级计算机进行预测分析，可以在配置更改推出之前，就能快速模拟出其在企业范围内的影响，从而消除人为的配置错误并节省时间。

量子技术还可用于自动识别问题以防问题扩大。例如，强大的量子计算可以扫描数TB的日志，以前所未有的方式对基础设施性能进行高级分析。

科学技术研究

 

量子计算的蕴藏力量也将为化学及其他领域打开一个更广泛研究成果的大门。根据OpenGov Asia网站报道，研究人员表示，在科研工作中计算的边界在扩大，百亿亿次级计算、量子计算和机器学习等，都将是解决化学复杂问题的工具，将应用于碳捕获、海水淡化和可再生能源技术等多方面。

 

美国实验室已经在主持多机构合作计划，通过基础研究推进量子计算的集成开发环境（AIDE-QC)，通过硬件开发人员和科学领域合作改进软件和算法，使量子计算成为科学发现的有用工具。

编译：李每

编辑：王衍