採訪編輯：郭雅欣｜美術編輯：林洵安

2019年10月Google宣布實現「量子霸權」，量電全世界都驚呆了！腦跟量子電腦已經無所不能了嗎？其實量子霸權的麼關碼學碼戰意義在於：人類已經讓量子電腦做到一件古典電腦很難達成的事。不過，係密量子電腦的家已經為進度條的確正快速更新，未來可能帶給人類巨大的個打密福祉，但也會顛覆現今保護我們隱私的資開加密系統。中研院資訊科學研究所鐘楷閔副研究員，量電形容密碼學就像一場好人與壞人的腦跟戰爭，站在量子密碼學研究前緣的麼關碼學碼戰他，將為研之有物的係密讀者揭密這場沒有煙硝的資安保衛戰。

什麼是量子電腦？

量子電腦和傳統電腦的不同，在於它利用了各種神奇的量子特性，也就是當我們以微觀的角度觀察這個世界時，那些與巨觀世界不同的特性，像是讓薛丁格的貓介於死和沒死之間的「疊加態」，或是兩個量子即使相距很遠，仍舊會依據對方狀態而決定自己當下狀態的「纏結效應」。當電腦擁用這些比科幻還科幻的量子特性，將克服古典電腦無法解決的難題。

不過，鐘楷閔立刻猛劃重點強調：

量子電腦不是無所不能，或是每秒鐘能做的事情比較多，它只在某些「特定（但很重要）問題」上，有比古典電腦更快的解法，只需要更少的空間和步驟。

舉例來說，未來量子電腦可能用於模擬細菌的固氮作用，將大大提升農業上製造氮肥的效率。因為細菌進行固氮作用時，有些關鍵步驟具有量子效應，模擬這些效應的複雜度將超越了古典電腦的極限。而量子電腦「剛剛好」是以量子效應運作，當然較有希望成功。

不幸的是，量子電腦可攻克的「特定問題」，也包括時刻保護我們交易安全和隱私的加密系統??

現在保護我們隱私的叫做非對稱加密系統

登入網購平臺、輸入帳號密碼、選好商品放入購物車（又剁了好幾根手指）之後、再填好地址及電話、按下結帳、輸入信用卡卡號，接下來只要等商品來到家門口，啊，多美好的日常??等等，你算過在剛剛那5分鐘裡，親手傳出多少個人資訊嗎？這個問題細思極恐，事實上不必太擔心，因為密碼學正默默保護著我們。

早在2000年前凱撒大帝打仗時，就懂得使用「暗號」來保護軍事書信。只有知道暗號的人可以「解讀」信件內容，對於不知道暗號的敵人來說，就算拿到書信也只是一堆亂碼。

但這套方式有個致命傷，那就是「如何一開始讓所有合法的使用者拿到一樣的暗號，又不會讓暗號外洩呢？」當代的密碼學家想出一套稱為「非對稱加密」的方式，利用成對的公鑰和私鑰來加密暗號，公鑰就像是一個蓋上就鎖住的盒子，私鑰是可以打開這個盒子的鑰匙。如此一來，就能讓素昧平生的合法使用者，先利用比較安全的非對稱加密傳遞暗號，接下來就能靠暗號祕密通訊了。當你登入網購平臺買東西，你的電腦和平臺之間的通訊，就是透過類似的方式保護你的個資。

舉例來說，當顧客登入網路書店，申請刷卡購買「研之有物」的新書。網路書店會立刻製造一對公鑰和私鑰，把公鑰傳給客戶的電腦。客戶端的電腦再將自己的暗號，以公鑰加密後傳回網路書店。壞人沒有私鑰，就算中途攔截了信息也無法破解。最後，網路書店用私鑰解密，得到客戶的暗號，接下來就可以靠暗號傳送信用卡卡號等個資了。

當然，網路上並不是真的有一個盒子在傳輸。目前的加密系統能如此安全，關鍵是它的核心有一個難以解開的數學難題，需要公鑰加上私鑰才能解開。所以即使壞人拿到加了密的訊息，沒有私鑰還是解不了密碼。

這類數學難題很多，像是超大數字的質因數分解。隨機找兩個很大的質數相乘 ，比如97乘上113，就會得到一個超大數字10961，很簡單吧？但是，如果一開始給你10961，你算得出它是哪兩個質數相乘嗎？

這不是國小老師偷懶沒教，而是人類還沒找到有效率的方法（多項式時間的演算法）來計算質因數分解這類問題。所以理論上，只要數字夠大，即使是全世界性能最強大的超級電腦，也可能花費上萬年才能破解。

簡言之，加密系統核心的數學難題愈困難，古典電腦就需要花愈長的時間破解，加密系統也就愈安全。

破解古典密碼，量子電腦很會

然而，現今密碼學看似堅不可破的數學難題，在量子電腦的面前變得不堪一擊。因為這些問題的答案都可以轉化成週期性的結構，剛好量子電腦擅長破解。（哭哭）

什麼是週期性結構？再以質因數分解問題舉例：想要找出N這個數字是由哪兩個質數（P與Q）相乘所得，可以先任意選擇一個數字A，用A去除N，得到一個餘數a1 ，接下來依序 A2 、 A3 、 A4??不斷的除N，就會得到餘數 a1 、 a2 、 a3 、 a4??最後某一次的操作，餘數會回到a1 ，形成週期性的結構。一旦能找到週期，就能「比較有效率」的分解N。

不過，對於古典電腦來說，當數字相當巨大時，尋找餘數的週期仍是十分困難的任務，但對於具有疊加作用的量子電腦，卻是小事一樁。

總之，目前我們所仰賴的加密系統，在量子電腦出現之後將變得不再安全??可是 IBM 、 Google 不斷更新量子電腦發展的進度條，我們已經暴露在資訊外洩的風險之下了嗎？

別擔心！小亞瑟還沒長成惡魔小丑

其實，量子電腦目前還只是個嬰孩階段。以Google用來實現量子霸權的量子電腦來說，只有53個位元。

相較古典電腦，早在1970年即已發布Intel 1103，為容量1kb（1024 位元）的記憶體。「古典電腦如果只有53個位元的記憶體，連程式都沒辦法寫，英文字母只能存7個，可以想像現在的量子電腦Size 有多迷你。」鐘楷閔笑著繼續解釋：「而且如果把Google做的事情畫成一個量子電路，這臺電腦能執行的電路深度最多只有20層。」翻譯成大白話，意思是：每個位元只能運算20次！