Quantum Computing: How to Address the National Security Risk

Hudson Institute 

1201 Pennsylvania Avenue, 

N.W. Suite 400 

Washington, D.C. 

20004 

P: 202.974.2400 

[e-mail] 

www.hudson.org

 

---

Table of Contents

Introduction 

3 

1. Quantum Computing: A Serious National Security Threat

5 

Understanding Quantum Supremacy 

7 

Three Types of Quantum Computing Machines 

8 

The Difficulty in Predicting Q-Day 

9 

The Threat to Stored Data 

10 

2. Quantum Cybersecurity: How to Implement Layered Security

11 

Quantum Random-Number Generators 

12 

Post-quantum Cryptography 

12 

Quantum Communication Networks 

12 

Establishing Leadership in Quantum Cybersecurity 

13 

3. The United States versus China: Contrasting Strategies

15 

4. The Need for a U.S. National Quantum Strategy

20 

Conclusion 

22 

Glossary of Terms 

23 

About the Authors  

25 

About the Quantum Alliance Initiative 

26 

Acknowledgments 

27 

---

---

Quantum Computing: How to Address the National Security Risk 

3 

Introduction 

Imagine a computer solving the mathematical problems that today’s fastest 

supercomputers can’t begin to unlock, in less than a blink of an eye. Imagine a 

technology that can enable an observer to see through walls, or see into the darkest 

depths of the world’s oceans. Imagine a technology that can build essentially 

unhackable global networks, while rendering an antagonist’s most secret data 

instantly transparent. 

All these are characteristics of quantum computers and quantum technology, which 

will define the future of global information technology for decades, possibly 

centuries, to come. It represents a revolution as profound as any in modern history, 

and it’s one on which we stand at the brink, with all its promise—and its perils.  

Arthur Herman, “Winning the Race in Quantum 

Computing,” American Affairs, Summer 2018  

 

n the 21st century, global supremacy will belong to the nation that controls the 

future of information technology (IT)—at the heart of which will be quantum 

technology.  

 

Quantum computers will use the principles of quantum mechanics to operate on data 

exponentially faster than traditional computers—in ways that will far surpass the 

capabilities of even today’s fastest supercomputers.  

For example, a quantum computer with 300 quantum bits (“qubits”) could conduct 

more calculations than there are atoms in the universe. The benefits of this 

accelerated calculating power will include earlier cancer detection, improvements in 

machine learning, better pharmaceutical drugs, and more.

1

  

Unfortunately, such a computer could also render today’s public encryption systems 

obsolete in less than the blink of any eye. 

Such a system would pose a threat to national security because it could open the 

encrypted secrets of countries, companies, and individuals and cripple critical 

infrastructure and financial systems. A foreign competitor with the edge in quantum 

computing could also threaten America’s economic security while reaping the many 

economic benefits of the quantum era.  

Therefore, America is involved in another contest that is just as vital to national 

security, the economy-- and even the future of liberal democracy--as the race to build 

the atomic bomb in World War II: the race to build the first fully operational 

quantum computer, which experts believe will play out in the next 10-20 years.  

1

 Sergei Kouzmine, “4 Ways That Quantum Technology Could Transform Health Care,” Fast Company, 

September 4, 2013, https://www.fastcompany.com/3016530/4-ways-that-quantum-technology-could-

transform-health-care. 

I 

---

Arthur Herman & Idalia Friedson 

In October 2017, Hudson Institute hosted a conference bringing together, perhaps for 

the first time, members of the two halves of the international quantum community: 

quantum computing experts and experts in quantum-safe cybersecurity. The two 

groups discussed in a public forum how to frame the future dialogue between 

policymakers and lawmakers, on the one hand, and the makers of quantum 

technology, on the other, about what America must do to prepare for the quantum 

revolution. 

That dialogue is now underway, as lawmakers are becoming aware that the quantum 

computing revolution will have not only a profound scientific and economic impact, 

but national security consequences as well. At the October conference, Hudson senior 

fellow Arthur Herman compared the need for a National Quantum Initiative with the 

Manhattan Project, which ensured that the U.S. would possess the first atomic bomb. 

Five months later, Morgen Wright, senior fellow at the Center for Digital 

Government, drew the same comparison. As with the Manhattan Project, Wright 

wrote in The Hill, for the quantum project, “All hands have to be on deck. Money has 

to be spent. Research has to be done. And access to our research and scientific 

facilities has to be denied to the Chinese, Russians, and other adversarial countries.”

2

 

This concerted effort must begin now because America’s leading competitors, 

including Russia and the Republic of China, are also working urgently to develop such 

a quantum computer and are positioning themselves to dominate the quantum era.  

The purpose of this report is two-fold. 

First, this report explains the significance of quantum technology and analyzes why it 

poses a national opportunity as well as a potential threat.  

Second, this report sets out the principles around which a national quantum strategy 

can be built. As will be explained, more resources are needed to win the quantum 

computing race than just increased federal funding or federal oversight. For example, 

America’s private sector has the most essential role to play in preserving and 

promoting American IT leadership in the quantum era. Meanwhile, government 

should help to set priorities, standards, and goals for emerging cybersecurity 

measures while leaving the private sector to do what it does best: innovate and make 

an emerging technology as efficient and cost-effective as possible in the shortest 

amount of time.  

In any case, it would be a mistake to assume that America’s decades-long dominance 

of IT will automatically translates into dominance in the quantum era. But with the 

right strategy and the proper commitment of resources, including funding, the United 

States can retain its global edge in IT and lead the world’s other democracies forward 

into the quantum era.  

2

 Morgan Wright, “America’s Enigma Problem with China: The Threat of Quantum Computing,” The 

Hill, March 5, 2018, http://thehill.com/opinion/national-security/376676-americas-enigma-problem-

with-china-the-threat-of-quantum-computing. 

4 

---

Quantum Computing: How to Address the National Security Risk 

5