量子計算（Quantum Computing ）可以對科學發展帶來巨大的好處，但研究人員同時也認為，一旦發展起來，將可能破壞現在使用的加密技術，危及對於資料的保護。
什麼是量子計算
量子力學為當今的電腦處理資訊的方法開拓出另外一條道路，傳統電腦以位元儲存與處理資訊，1個位元的狀態可以是1或0，但兩者不會同時存在。而量子計算中所使用的是量子位元（quantum bits, or qubits），由於量子的疊加現象，量子位元可以既是1也是0，也可以是兩者之間的任何值。
舉例來說，在兩個位元情形，傳統電腦上每個位元會儲存1或0，組合起來可以有4個可能值（00、01、10與11），然而1次只能儲存其中一個值。而對於量子位元，每個量子位元可以是1、0或兩者，因此可以同時表示前述4個值。如果有3個量子位元，就可以表示8個值（2的3次方），有4個量子位元就可以表示16個值（2的4次方），以此類推。由於量子計算不僅可以對確定的值進行運算，還可以同時對所有可能的疊加進行運算，所以在特定的任務中，量子計算比傳統2進位計算方式具有效率。
對於資料保護的衝擊
量子計算對於資料保護產生重大衝擊的原因很多，原因之一是破解密碼的能力。量子計算可能會破壞現今許多傳統的加密技術，進而嚴重影響IT的安全性，幾乎所有需要安全性、隱私或信任的系統都會受到影響。
對於非對稱式密碼系統的影響
非對稱式密碼系統（asymmetric encryption），又稱為公開金鑰密碼系統（Public-key cryptography），是透過兩個金鑰（公鑰與私鑰）進行加解密。RSA演算法（Rivest-Sharmir-Adleman algorithm）即是屬於非對稱式密碼系統，通常用於在網路發送敏感資料的情形，RSA演算法允許公鑰和私鑰對資訊進行加密，因此可以確保資訊的機密性與真實性。
由於非對稱式密碼系統是奠基於傳統電腦難以解開的數學難題（例如對極大整數進行質因數分解，想像一下10961是由哪2個質數相乘？），需要透過結合公鑰與私鑰才能順利解開。
以RSA-768為例，其表示如下：1230186684530117755130494958384962720772853569595334792197322452151726400507263657518745202199786469389956474942774063845925192557326303453731548268507917026122142913461670429214311602221240479274737794080665351419597459856902143413
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然而量子計算強大的計算能力，將可能危及到現在的非對稱式密碼系統，攻擊者可以在不事先知道私鑰的情形下進行解密，進而影響到數位簽章（digital signatures）、線上購物與網路銀行等所必須的網路協定，例如HTTPS （TLS）。以我國為例，自然人憑證即是透過RSA加密來確認使用者身份。
對於對稱式密碼系統的影響
量子計算同時也會對於對稱式密碼系統（symmetric cryptography）造成影響（例如Advanced Encryption Standard, AES），透過Grover演算法（Grover’s algorithm）進行暴力破解，可以將破解難度減少到其平方根，因此AES128的強度將降低到2的64次方，AES256的強度則會降低為2的128次方。
後量子密碼系統
根據美國國家標準暨技術研究院（US National Institute of Standards and Technology, NIST）的報告，量子計算將對現行常用的加密演算法造成重大影響（如下表），因此便需要及早準備一個能夠對抗量子計算的密碼系統。
| 加密演算法 | 類型 | 目的 | 來自大型量子電腦的衝擊 |
| AES | 對稱 | 加密 | 需要更大的金鑰長度 |
| SHA-2, SHA-3 | | 雜湊函數 | 需要更多的輸出 |
| RSA | 公鑰 | 簽章，金鑰交換 | 不再安全 |
ECDSA, ECDH
（橢圓曲線加密, elliptic curve cryptography） | 公鑰 | 簽章，金鑰交換 | 不再安全 |
| DSA（Finite Field Cryptography） | 公鑰 | 簽章，金鑰交換 | 不再安全 |
量子電腦對常用加密演算法的衝擊後量子密碼系統（Post-quantum cryptography）是指透過使用量子電腦無法比其他電腦更有效求解的數學運算，達到其安全性不受量子電腦影響的密碼學。然而後量子密碼系統同時也會需要更大的運算資源進行加解密、對數位簽章進行簽名驗證，並且需要更多的網路資源來交換更長的金鑰與憑證。
儘管依目前的理解，在可預測的未來，量子電腦不會立即構成威脅，然而由於這樣的不可預測性，同時也會帶來IT的安全風險。因此NIST便開始徵求、評估與標準化後量子加密的標準，目前已有7個演算法進入決選，未來將從裡面選出對抗量子電腦的方法。
參考資料
1.EUROPEAN DATA PROTECTION SUPERVISOR〔EDPS〕, TechDispatch #2/2020: Quantum Computing and Cryptography, https://edps.europa.eu/data-protection/our-work/publications/techdispatch/techdispatch-22020-quantum-computing-and_en.
2.Microsoft, 〈了解量子計算〉, https://docs.microsoft.com/zh-tw/quantum/overview/understanding-quantum-computing。
3.研之有物, 〈量子電腦到底有多霸氣？即將引爆終極密碼戰？！〉, https://research.sinica.edu.tw/chung-kai-min-quantum-computer-cryptography/。
4.Lane Wagner, Is AES-256 Quantum Resistant?, https://medium.com/@wagslane/is-aes-256-quantum-resistant-d3f776163672.
5.余至浩, 〈【臺灣資安大會直擊】為對抗量子電腦攻擊手法，後量子加密PQC演算法有望變成未來全球加密與數位簽章新標準〉, iThome, https://www.ithome.com.tw/news/139334。
6.NIST, NIST’s Post-Quantum Cryptography Program Enters ‘Selection Round’, https://www.nist.gov/news-events/news/2020/07/nists-post-quantum-cryptography-program-enters-selection-round.
7.Lily Chen (NIST), Stephen Jordan (NIST), Yi-Kai Liu (NIST), Dustin Moody (NIST), Rene Peralta (NIST), Ray Perlner (NIST), Daniel Smith-Tone (NIST), Report on Post-Quantum Cryptography, https://csrc.nist.gov/publications/detail/nistir/8105/final.
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