4.2 量子加密
技术也对国家安全有着重大影响：量子计算机有助破解当今最先进的加密技术，并且可以创建几乎牢不可破的新型通信网络。今天，通信网络通过公共基础设施传递数字信息，通过加密来防止窃听者读取消息内容。唯一能够阻止窃听者解密消息的是解密的数学复杂度。量子计算机能够在远远少于当今最先进的传统计算机所用的时间内破解代码，指数级缩减破解当前加密手段所需的时间。[126]
量子技术可用于解密传统安全措施，反之，它也可以保护复杂的量子通信新型信道中的信息。窃听者利用中间人攻击，沿公共通信路径放置传感器，将通过信道的所有数据加以复制，试图实时或在稍后进行暴力解密。今天的传统网络缺乏可靠手段，无法探测出被放入的此类窃听装置。量子技术在设计上便实现了对最细微变化的探测。量子技术极为灵敏，能够探测出窃听者试图复制或截取数据时的异常。简言之，量子计算既带来前所未有的机遇，也带来严峻的威胁。[127]
美国国家标准与技术研究院正开展工作以评估具有量子级安全的候选加密算法。欧洲电信标准协会和联合国国际电信联盟等组织亦在努力推动系统互联标准继续发展，实现量子安全。ISARA[128]等公司正带领密码学家和编程人员建立具有量子级安全的安全解决方案，帮助高风险行业和组织保护自身。
美国及其盟国必须展开类似协作，对接科学探索、技术进步和国家安全的目标。至少可通过能够防御量子攻击的加密技术来改造网络、计算机和应用程序。2016年12月，美国政府机构NIST（国家标准与技术研究院）呼吁提名新的后量子密码算法，作为未来的新标准加以研究。截至2017年11月30日，共收到82份不同提案，其中23份提议签名体系，59份提议加密或密钥封装机制（KEM）。NIST研究这些提议，并在2018年4月12日至13日举行首次标准化会议以审议各提案。3～5年内，NIST将分析提案并召开更多会议，以缩小第二轮评估的范围，并在分析完成后提供标准草案向公众征求意见。NIST评估的关键属性包括安全性、性能和包括简易替换、完美前向保密、对侧信道攻击的防御能力在内的其他属性。[129]
4.2.1 对美国国家安全的影响
除了通信，量子技术在安全领域还有其他相关应用。例如，更准确的原子钟可提高GPS的分辨率，实现更为精确的定位和导航。量子通信让政治和军事领袖的信息交换具有更强的私密性，更易获悉有人试图截获信息。量子计算能力也可用于破解加密消息。[130]
此类应用的安全和经济潜力巨大。以加密为例，寻找大数的质因子，即只能被1和其本身整除的两个数字，相乘后可得到此大数，这是非常困难的。只要数字足够大，经典计算机根本无法快速对其进行因数分解。执行查找质数所需的全部计算需要很长时间。公钥密码体系（即大多数加密体系）依靠质因数分解的数学复杂度来确保消息不被其他计算机窥探。[131]
凭借编码和信息处理的手段，量子计算机有望比传统计算机更为快速地（指数级差异）计算素数。简单的量子演示已成功对两位数进行因数分解，现在的研究重点是如何设计和操作足够大的量子计算机以对大数（如2048位数字）进行因数分解。实现这一潜力还有很长的路要走，可能花费数十年，但能够做到这点的量子计算机便能够破解防御性更高的加密手段。目前用于传递消息和安全交易的整个公钥加密体系将因此变得脆弱。[132]
除了通信，量子技术在材料学和化学中的应用可能同样重要且见效更快。例如，根据量子物理学的规则，很难建立计算机模型以表示分子中所有电子可能的相互作用。因此，如今的计算机很难计算反应速度、燃烧和其他效应。即使使用广为人知的近似值，世上最快的计算机对相对简单的分子进行建模需要的时间可能仍比宇宙存在的时间更久。[133]
量子计算还有助人工智能系统的创新发展。近期研究表明量子计算和人工神经网络间存在意想不到的强关联。例如，人工智能的进步可大幅改善模式识别，并反过来令机器更好地识别目标。在拥有人工智能的量子计算机世界中，利用功能强大的量子传感器获得的大量数据集，隐藏在汪洋中的潜艇可能不再隐蔽。[134]
即使是不太起眼的量子增强型新时钟的短期发展也可能对安全构成影响，而非仅仅令GPS设备更加准确。具有量子功能的时钟非常灵敏，距离再远也能识别微弱的引力异常。军方可通过部署此类时钟以探测地下情况、硬化结构、潜艇或隐蔽的武器系统。由于具有遥感潜力，高级时钟在未来可能成为战场上的关键嵌入式技术。[135]
随着技术的发展，其潜在的军用影响意味着有必要对出口和贸易法规展开持续监控，包括《瓦塞纳协定》控制清单及其在“出口管理条例”（EAR）和“国际武器贸易管制条例”（ITAR）中的国内实施情况。[136]
4.2.2 美国的量子战略优势
美国国内或美国设立的技术公司是美国拥有的一个明显优势。随着大型商业生态系统的不断发展，研发团队历来对大学实验室的关注正逐步弱化。例如，IBM公司最近加大了长达数十年的量子投资，甚至免费向用户提供初级量子计算机（仅包含16个量子比特）的在线访问。谷歌公司最近投资了加利福尼亚大学的一个研究小组，以推动企业内部不断增长的量子研发工作。微软公司已签署全球合作伙伴关系，各大学院校的学者将为其自身的量子计算机科学理论研究贡献力量。同样，硅谷的风投资本正为聚焦量子技术的初创企业提供支持。与全球的风投总量相比，美国风险投资的规模和数量继续令硅谷成为初创企业的首选目的地，这是美国的另一个战略优势。[137]
美国在量子竞赛中拥有重大战略优势。这不单是指美国风险投资的供应量、硅谷的位置或其众多的合作伙伴。美国还拥有相当胜任的承包商、值得信赖的厂家、国家实验室和联邦政府资助的研发中心。但美国的投资往往是临时且多元的，专业知识多来自高度独立的学术实验室。