革命性的量子密碼學突破為更安全的在線交流鋪平了道路

得益於一支由國際科學家組成的團隊，他們創造了一個獨特的原型，可以改變我們的在線交流方式，因此，世界距離擁有完全安全的網際網路和應對日益增長的網絡攻擊的威脅已經近了一步。

由布裡斯託大學（University of Bristol）領導的這項發明今天在《科學進展》（Science Advances）雜誌上披露，具有為數百萬用戶提供服務的潛力，被認為是有史以來規模最大的量子網絡，可用於保護人們的在線交流，特別是在COVID-19大流行加速了這些網際網路主導時代。

藝術家對量子網絡的印象是，信息從中央集線器流向後臺的用戶，而所有用戶在前臺相互通信。

通過部署一種新技術，利用簡單的物理定律，它可以使消息完全不受攔截，同時還可以克服以前很少使用但被大肆宣傳的技術所限制的重大挑戰。

該大學量子工程技術（QET）實驗室負責項目的主要作者Siddarth Joshi博士說：「這代表了巨大的突破，並使量子網際網路成為更加現實的主張。到目前為止，建立量子網絡需要付出巨大的成本，時間和資源，而且經常會損害其安全性，從而破壞了整個目標。」

「我們的解決方案具有可擴展性，相對便宜，而且最重要的是不可滲透。這意味著它是一個激動人心的遊戲規則改變者，為該技術的更快發展和廣泛推廣鋪平了道路。」

當前的網際網路依靠複雜的代碼來保護信息，但是黑客越來越擅長於使此類系統變得更聰明，從而導致全世界範圍內的網絡攻擊，這些攻擊每年造成數萬億英鎊的重大隱私洩露和欺詐。預計此類成本將急劇上升，尋找替代方案的理由更加引人注目，並且數十年來，量子已被視為標準加密技術的革命性替代。

到目前為止，物理學家已經開發出一種安全的加密形式，稱為量子密鑰分發，其中可以傳播稱為光子的光粒子。該過程允許兩方共享用於加密和解密信息的秘密密鑰，而沒有被攔截的風險。但是迄今為止，該技術僅在兩個用戶之間有效。

「直到現在，擴展網絡的努力都涉及龐大的基礎架構和系統，該系統需要為每個其他用戶創建另一個發送器和接收器。Joshi博士說：「以這種方式共享消息（稱為受信任節點）還不夠好，因為它使用了太多額外的硬體，這些硬體可能會洩漏並且將不再是完全安全的。」

藝術家對量子網絡的印象，它為每個用戶提供了數學上完美的安全加密密鑰。

團隊的量子技術運用了一個看似神奇的原理，即所謂的糾纏，阿爾伯特·愛因斯坦將其描述為「遠距離的怪異動作」。它利用放置在不同位置（可能相隔數千英裡）中的兩個不同粒子的力量來相互模仿。這個過程為量子計算機，傳感器和信息處理提供了更多的機會。

喬希博士說：「不必複製整個通信系統，這種稱為多路復用的最新方法可以將單個系統發出的光粒子分開，從而可以被多個用戶有效地接收，」喬希博士說。

該團隊僅使用八個接收器盒就為八個用戶創建了一個網絡，而前一種方法則需要將用戶數乘以多次-在這種情況下，總計為56個盒。隨著用戶數量的增加，物流變得越來越不可行–例如，100個用戶將需要9,900個收件箱。

藝術家對量子網絡的印象是，糾纏光在後臺從量子網絡中心傳輸，從而在前景中形成完整的網絡。

為了展示其跨距離的功能，接收器盒通過布里斯托的不同位置連接到光纖，並使用該城市現有的光纖網絡測試了通過量子通信傳輸消息的能力。

喬希博士說：「除了完全安全之外，這項新技術的優點還在於其流線型敏捷性，因為它與現有技術集成在一起，因此需要最少的硬體。」

該團隊獨特的系統還具有流量管理功能，可提供更好的網絡控制，例如，允許某些用戶以更快的連接獲得優先級。

以前的量子系統花費了數百萬甚至數十億英鎊的成本才花費了數年的時間才能建立，但這個網絡在不到幾個月的時間內就花費了不到30萬英鎊。隨著網絡的擴展，財務優勢會不斷增長，因此，儘管先前量子系統的100個用戶的成本可能在50億英鎊左右，但喬希博士認為，多路復用技術可能會將其削減至450萬英鎊，不到1％。

近年來，量子密碼術已成功用於保護中國銀行業中心之間的交易並在瑞士大選中獲得選票。然而，由於資源和成本的龐大規模，它的廣泛應用受到了阻礙。

「有了這些規模經濟，實現通用的量子網際網路的前景就不那麼遙不可及了。Joshi博士說：「我們已經證明了這一概念，並通過進一步優化我們的多路復用方法來優化和共享網絡中的資源，我們不僅可以為數百或數千用戶提供服務，還可以為數以百萬計的用戶提供服務。 。

「 COVID-19大流行的後果不僅顯示了網際網路的重要性和潛力，以及我們對網際網路的日益依賴，而且還顯示了其絕對安全性至關重要。多重糾纏可能成為使這種安全成為急需的現實的關鍵。」