الأصول المتوافقة مع الذكاء الاصطناعي، كوانتوم يعيد تقييمها «من جديد»

撰文：张 烽

目前，人工智能正以前所未有的深度融入社会生产与生活，其安全与治理体系构成了数字时代的基石。然而，一场源于物理原理的算力革命——量子计算——正悄然逼近，其潜在的颠覆性力量，让现有的安全防线与治理框架面临严峻拷问。量子计算会否颠覆现有 AI 安全与治理体系？这不仅是一个技术问题，更是一个关乎未来数字社会秩序的全局性挑战。当算力飞跃遭遇规则滞后，我们如何为「Q-Day」未雨绸缪？

一、量子计算如何威胁当前广泛使用的非对称加密算法？

目前 AI 系统的安全，从模型传输、数据存储到身份认证，高度依赖于以 RSA、ECC（椭圆曲线加密）为代表的非对称加密算法。这些算法的安全性建立在「大数分解」或「离散对数」等数学难题的「计算复杂性」之上，即经典计算机在可接受的时间内无法解决这些问题。

然而，量子计算带来了根本性的范式转变。以 Shor 算法为代表的量子算法，理论上能将这些难题的求解时间从指数级降至多项式级。一篇论文评述指出，包括 Regev 算法及其扩展在内的最新量子算法，正在不断优化对非对称密码的破解效率。这意味着，一旦足够规模（通常指拥有数百万稳定量子比特）的通用量子计算机问世，当前保护着互联网通信、数字签名和加密数据的「锁」将可能被瞬间打开。

这种威胁并非遥不可及。智源社区的研究警告，这是一种「现在进行时」的威胁：攻击者可以现在就开始拦截并存储加密的通信数据（包括 AI 训练数据、模型参数等），等待未来量子计算机成熟后再进行解密。这种「先拦截，后解密」的策略，使得所有需要长期保密的高价值信息，包括国家机密、商业专利和个人隐私数据，都暴露在未来的风险之下。因此，量子计算对非对称加密的威胁是基础性和系统性的，直接动摇了当前 AI 乃至整个数字世界安全体系的根基。

二、面对量子计算，AI 模型训练与数据隐私保护面临哪些新挑战？

AI 的发展依赖于海量数据的喂养与复杂模型的训练，这一过程本身就充满了隐私和安全挑战。量子计算的介入，使得这些挑战变得更为尖锐和复杂。

首先，数据生命周期的长期保密性失效。如前所述，当前在云端或传输中加密存储的 AI 训练数据集，可能因未来的量子解密而彻底曝光。西交利物浦大学的全球抗量子迁移战略白皮书明确指出，全球范围内的对手方正有组织地实施这种「数据收割」策略，耐心等待「Q-Day」（量子计算机实用化之日）的到来。这对于依赖敏感数据（如医疗记录、金融信息、生物特征）训练的 AI 模型构成了源头性威胁。

其次，联邦学习等隐私计算技术面临新考验。联邦学习通过在本地训练模型、仅交互模型参数更新来保护原始数据。然而，这些交互的梯度或参数更新信息本身也是加密传输的。如果底层加密被量子计算攻破，攻击者便能逆向推导出参与方的原始数据特征，导致隐私保护机制形同虚设。

最后，模型窃取与知识产权保护难度激增。训练成熟的 AI 模型是企业的核心资产。目前，模型权重和架构通常通过加密方式进行分发和部署。量子计算可能使这些保护措施失效，导致模型被轻易复制、逆向工程或篡改，引发严重的知识产权侵权和安全漏洞。中国信息通信研究院在《人工智能治理蓝皮书》中强调，人工智能治理需应对技术滥用、数据安全等风险，而量子计算无疑放大了这些风险的破坏力。

三、量子机器学习的发展会如何影响 AI 安全与伦理审查框架？

量子计算与 AI 的结合——量子机器学习（QML）——预示着新一轮的效能突破。但与此同时，它也带来了前所未有的安全与伦理新问题，对现有审查框架构成冲击。

在安全层面，QML 可能催生更强大的攻击工具。例如，量子算法可能极大地加速对抗性样本的生成，制造出更隐蔽、破坏力更强的攻击，令当前基于经典计算的 AI 安全防御体系（如对抗训练、异常检测）迅速过时。有分析将「量子+AI」称为网络安全的下一个生死战场，指出必须前瞻性地完善相关监管框架。

在伦理层面，QML 的「黑箱」特性可能比经典 AI 更为深奥。其决策过程基于量子叠加和纠缠态，可能更加难以解释、审核和追责。QML 带来的算法公平性、责任界定、以及技术可控性等伦理争论与风险已经有很多的探讨。现有的 AI 伦理准则（如透明、公平、可问责）在量子尺度上如何落地？监管机构如何审查一个基于量子线路的、可能处于多种状态叠加的决策模型？这些都是现有伦理审查框架尚未做好准备的难题。治理模式需要从单纯的技术合规，转向对量子特性本质及其社会影响的更深层次理解。

四、现有的 AI 治理法规（如 GDPR）能否应对量子计算带来的安全变革？

以欧盟《通用数据保护条例》（GDPR）为代表的现行 AI 与数据治理法规，其核心原则如「设计保护与默认保护」、「数据最小化」、「存储限制」以及「完整性与保密性」等，在理念层面依然具有指导价值。然而，在具体的技术实现和合规要求上，它们正面临量子计算带来的「合规性鸿沟」。

GDPR 要求数据控制者采取适当的技术和组织措施来确保数据安全。但在量子威胁背景下，什么是「适当的」加密措施？继续使用被证明量子不安全的算法，很可能在未来被认定为未能履行安全保障义务。法规中关于数据泄露通知的时限要求，在遭遇利用量子计算发起的、可能瞬间完成且不留痕迹的高级攻击时，如何有效执行？

全球范围内的立法者已经意识到变革的必要性。《2025 年度全球人工智能治理报告》显示，各国正加速制定专门的 AI 治理法律，设立高级别统筹机构。中国在《数字中国发展报告（2024 年）》中强调要「加快完善数据基础制度」，持续推进「人工智能+」行动。这些动向表明，治理体系正在积极调整。但专门针对「量子计算+AI」这一交叉领域的法规，目前几乎仍是空白。现有法规缺乏对后量子密码迁移时间表、QML 模型审计标准、以及量子时代数据安全等级分类等具体问题的规定，难以有效应对即将到来的安全变革。

五、后量子密码学在 AI 系统中的应用前景与实施难点是什么？

应对量子威胁最直接的技术方案是后量子密码学（PQC）。PQC 是指能够抵抗量子计算机攻击的密码算法，它并非基于量子原理，而是基于新的、被相信连量子计算机也难以快速解决的数学难题（如格、编码、多变量等）。

在 AI 系统中的应用前景广阔且紧迫。PQC 可以用于保护 AI 工作流的每一个环节：用 PQC 算法加密训练数据和模型文件；用 PQC 数字签名验证模型来源的完整性与真实性；在分布式 AI 计算节点间建立 PQC 安全通信通道。Fortinet 指出，PQC 并非遥远的概念，而是保护数字系统免受潜在量子威胁的迫切需要的实用解决方案。

然而，全面实施 PQC 面临显著难点：

性能与兼容性挑战：许多 PQC 算法在密钥尺寸、签名长度或计算开销上远大于现有算法，将其集成到对计算效率和延迟敏感的 AI 训练与推理流程中，可能带来性能瓶颈。同时，需要升级所有相关的硬件、软件和协议栈以确保兼容。

标准与迁移的复杂性：尽管美国 NIST 等机构正在推进 PQC 标准化进程，但最终标准的确定和全球统一仍需时间。北京市密管局发布的商密前沿动态显示，业界正积极开源实现 NIST 候选算法，以推动各行业应对威胁。整个迁移过程是浩大而复杂的系统工程，涉及风险评估、算法选择、混合部署、测试和全面更替，对于结构复杂的 AI 生态系统而言尤其如此。

新型安全风险：PQC 算法本身是较新的研究领域，其长期安全性尚未经过像 RSA 那样长达数十年的实战密码分析考验。在 AI 系统中仓促部署可能存在未知漏洞的 PQC，本身也是一种风险。

六、面对这场变革，被动等待「Q-Day」是危险的

量子计算对现有 AI 安全与治理体系的颠覆性影响是真实且迫近的。它并非完全推翻现有体系，而是通过瓦解其密码学基础、放大其数据风险、复杂化其伦理问题、凸显其法规滞后性，迫使整个体系必须进行一场深刻的、前瞻性的升级。

面对这场变革，被动等待「Q-Day」是危险的。我们建议采取以下可执行的行动路径：

启动量子安全风险评估与清单编制：立即对核心 AI 资产（尤其是涉及长期敏感数据的模型与数据）进行量子威胁评估，识别最脆弱的环节，建立迁移优先级清单。

制定并实施 PQC 迁移路线图：关注 NIST 等标准机构的进展，在 AI 系统的开发与运维中开始规划 PQC 集成。优先在新建系统和关键系统中采用「加密敏捷性」设计，便于未来无缝替换密码算法。可考虑当前采用「经典+PQC」的混合加密模式作为过渡。

推动治理框架的适应性更新：行业组织、标准机构和监管方应协作，研究并将量子抵抗性要求纳入 AI 安全标准、数据保护法规和产品认证体系。为 QML 的伦理审查预先建立研究框架和指南。

加强跨领域人才培养与研究：培育既懂 AI 又懂量子计算与密码学的复合型人才，鼓励在 AI 安全研究中纳入量子威胁模型，资助抗量子 AI 安全技术的研发。

量子计算带来的挑战是巨大的，但它也为我们提供了一个重新审视和加固数字世界根基的契机。通过主动规划、协同创新和敏捷治理，我们完全有可能构建起一个既能拥抱量子算力红利，又能抵御其安全风险的、更坚韧的 AI 未来。