1月29日，MITRE公司发布最新报告《量子计算：量化当前技术水平以评估网络安全威胁》，深入探讨了量子计算技术的现状、潜在威胁以及对未来网络安全的影响。

报告得出结论，量子计算机在未来几十年内不会破解高安全性加密，但同时警告称，美国必须立即采取行动，保护敏感数据免受未来量子解密威胁。

同时，MITRE敦促在后量子密码学、监测对手的量子项目以及保障量子供应链安全等方面采取行动，以维持美国在技术和安全领域的领导地位。

这份报告旨在为美国情报社区（IC）及其他相关机构提供关于量子计算技术发展的权威评估，并提出应对策略。

图：Quantum Computing: Quantifying the Current State of the Art to Assess Cybersecurity Threats

关于MITRE

MITRE成立于1958年，由美国联邦政府资助成立的非营利机构，核心使命是解决国家安全和公共利益领域的复杂系统性挑战，其运营的联邦资助研发中心（FFRDCs）如美国国防部的MITRE Engenuity，使其能直接参与国防、能源、通信等领域的国家级量子技术规划。

MITRE深度参与美国国家量子计划（NQI），其团队在量子算法优化、纠错码设计等领域发表多篇高影响力论文（例如与MIT Lincoln实验室合作开发量子纠错协议）。

同时，他们提前布局抗量子密码学（PQC），主导NIST后量子密码标准的行业适配测试，帮助国防部、金融机构评估现有系统面对量子攻击的脆弱性。

通过量子创新中心（QIC），MITRE构建跨学科协作网络，为DARPA、空军研究实验室（AFRL）设计量子传感在GPS拒止环境下的导航方案；与芝加哥大学、马里兰大学量子实验室联合开发冷原子钟原型；协助IBM、Rigetti等公司优化量子硬件在复杂电磁环境中的稳定性。

此外，MITRE通过国会听证会和白宫科技政策办公室（OSTP）渠道，推动《量子计算网络安全准备法案》等政策制定，直接影响美国量子安全战略的时间表。

在本文所述这份报告中，MITRE就指出，IC需要保护其机密数据免受量子计算机的威胁，并监测量子计算技术的发展，以准备应对未来的威胁和确定量子计算机的潜在用途。

如果美国率先实现量子计算的突破，IC需要迅速利用这一优势；如果其他国家先实现突破，IC则需要立即评估未受PQC保护的信息，并采取措施减少损失并迅速追赶。

量子计算的现状与发展：有威胁，但乐观

量子计算是一种利用量子力学现象进行计算的新兴技术，其潜力在过去30年中逐渐显现。

量子计算机的发展可以说是一体两面，一方面，它能突破传统加密协议，如RSA，对网络安全构成了巨大威胁。

不过，美国国家标准与技术研究院（NIST）和国家安全局（NSA）正在研究一种基于数学难题的加密协议的量子后加密（PQC）技术，即使是量子计算机也无法轻易破解。而且，美国政府已经通过相关法案，要求各机构制定迁移到PQC的计划。

另一方面，在复杂优化问题、物流规划、化学模拟和机器学习（ML）等领域可以提供比传统计算机更高效、更精准的解决方案。

在这份报告中，MITRE使用量子体积（QV）这一指标来量化量子计算能力，QV综合考虑了量子比特数量和这些比特能够执行的计算门数量，是评估量子计算机性能的较为全面的指标，但由于某些算法需要的计算门数量远多于量子比特数量，QV也会存在一些局限性。

目前，量子计算行业的主要参与者已经公开了其量子计算机的发展进展，其中Quantinuum公司以QV值达到1,048,576（2²⁰）保持记录；IBM公司也有多个系统达到了较高的QV值，但近年来IBM已经停止公开报告其QV数据；IonQ公司则提出了自己的评估指标——算法量子比特（AQ），该指标更侧重于应用层面的算法测试。

量子计算因其广阔的实用化和商业化前景，吸引了大量的政府和行业投资，据波士顿咨询集团预测，到2040年，量子计算将为全球经济创造4,500亿至8,500亿美元的价值，而且政府对量子计算的投资仍还在增加。

但是，量子计算的快速发展导致区分技术炒作与现实的难度加大。为了评估量子计算技术的成熟度，报告提出了量子计算机能够成功分解的最大数字、量子比特数量以及量子比特的退相干时间等多种可能的量化指标。

然而，这些指标各有优缺点，例如量子比特数量虽然容易计算，但无法反映量子比特的错误率和噪声水平。

关于量子计算机的性能，报告讨论了一个叫“魔法态生成器”的独特组件，这个组件负责产生用于执行特定量子门操作的魔法态，魔法态生成器的生成速率、准确性和魔法态蒸馏效率等性能指标，将成为评估量子计算机性能的重要方面。

此外，报告还讨论了实现量子纠错、执行化学计算以及运行Grover算法和HHL算法等量子计算发展的里程碑，这些都预示着其在实际应用中的潜力。

比如，Grover算法可以用于搜索无序数据集，也可应用于量子机器学习和攻击高级加密标准（AES）加密。

从全球世界看量子计算：要迅速采取行动

报告指出，美国在量子计算领域处于领先地位，但其他国家，尤其是中国，正在迅速追赶。中国在量子通信和量子密钥分发等领域已经超越美国，这些技术的发展经验可能会为中国在量子计算领域提供重要的借鉴。

报告警告称，如果中国率先实现量子计算的突破，可能会在物流、优化、机器学习和材料发现等领域占据优势，从而拉开与美国的军事和技术差距。

美国虽然在量子计算领域处于领先地位，但并不能保证最终赢得这场竞赛。

因此，了解量子计算技术的现状对于评估其对网络安全的威胁至关重要。而且，合理的量化指标可以帮助确定如何分配研发资金，给IC提供评估当前和未来量子计算机成熟度的工具。

报告强调，IC必须迅速采取行动，保护机密数据免受量子计算机的威胁，为未来可能出现的量子计算能力做好准备。

通过果断和快速的行动，IC可以展示量子计算威胁的严重性，并为国家的安全和发展提供支持。

来源：Line Today

参考链接

https://www.mitre.org/news-insights/publication/intelligence-after-next-quantum-computing-quantifying-current-state-art

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