量子技術革命性突破為更安全的在線通訊鋪平道路

2020-09-04 科技工作者


運行中的網絡。圖中展示了所有8個用戶的接收硬體。

創建量子密碼是構建量子網際網路的基本前提。

量子網絡藝術圖。發光的線條代表8個用戶共享的量子糾纏。

目前，網際網路用戶主要依靠複雜的密碼來保證信息安全。然而，黑客們已經越來越善於攻破這類密碼系統，進而發動全球性網絡攻擊。每年因此造成的隱私洩露和詐騙損失高達數萬億英鎊。

網絡科學家預計，傳統密碼系統的成本有可能大幅上升。因此，替代方案的選擇更加引人注目。多年來，量子技術一直被視為標準加密技術的革命性替代品。

當地時間9月2日，《科學進展》雜誌報導，英國布里斯托大學領導的量子技術項目取得了重大突破。

他們設計的原型網絡，有望拓展為有史以來最龐大的量子網絡，供數百萬用戶使用。在新冠疫情流行背景下，該成果對於網際網路主導的在線通訊的發展，以及應對日益嚴重的網絡攻擊威脅具有重要意義。

研究人員根據量子糾纏原理，開發了一項新技術，使信息絕對安全，不被攔截，並克服了成本、硬體資源等其他方面的挑戰。

論文主要作者、布里斯托大學量子工程技術實驗室（QET）研究人員、項目負責人Siddarth Joshi博士說：「這項新技術代表了重大突破，使得量子網際網路變得更具現實意義。此前，量子網絡的標籤是昂貴、耗時、耗資源，並且常常需要在安全性上作妥協，這與其目標是相悖的。我們的解決方案具備可擴展性、成本相對低廉，更重要的是，它是堅不可破的。新成果是令人興奮的遊戲規則改變者，將為量子網絡技術的高速發展和大範圍推廣奠定基礎。」

此前，有物理學家開發出了基於量子密鑰分配的安全加密形式。該過程允許雙方共享用於加密和解密信息的密鑰，而不存在截獲風險。然而，這種技術只在兩個用戶之間有效。

「截至目前，大家努力的方向都集中在擴大這種網絡上。而這涉及龐大的基礎設施建設，以及新增用戶的獨立發射-接收系統的構建。這種以可信節點形式共享信息的方式是不夠的。因為它使用了太多額外的硬體，有可能造成信息洩露。」Joshi博士說。

為了提升安全性，Joshi團隊應用了量子糾纏原理——利用位於不同位置的兩個不同粒子的能量，同時模擬彼此。量子糾纏為量子計算機、傳感器和信息處理提供了更多可能性。

Joshi博士說：「這種被稱作多路復用的新方法，不需要複製整個通信系統。它只是將單個系統發出的光子一分為二，以便讓多個用戶能有效地接收它們。」

研究人員只用8個接收盒就創建了8個用戶的網絡。而使用之前的方法，同樣數量用戶需要的接收盒多達56個。隨著用戶數量的增多，它的劣勢變得越來越明顯——例如，創建100個用戶的網絡，將需要9900個接收盒。

相比之前的量子系統需要耗費上百萬甚至上億英鎊且數年才能建成，新的網絡花費不到30萬英鎊，且幾個月就能完成。而且隨著網絡的擴大，經濟優勢就會愈加明顯。比如原來承載100個用戶的系統需要5億成本，Dr. Joshi 確信新技術能將成本縮減至450萬，不到原成本的1%。

編譯：雷鑫宇 審稿：西莫 責編：朱明逸

期刊來源：《科學進展》

期刊編號：2375-2548

原文連結：https://phys.org/news/2020-09-revolutionary-quantum-breakthrough-paves-safer.html

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