「量子計算」量子計算會使加密技術過時，量子網際網路是解決方案
2020-11-07 首席架構師智庫從現在到2030年的某個時候，保護所有數字通信的數學系統可能會成為高級量子系統的犧牲品。為這一時刻做準備，可能需要我們重新改造網絡本身。
正如我們今天所知，量子威脅將基本上摧毀網絡的安全，」布魯諾•赫特納(Bruno Huttner)宣稱，他是總部位於瑞士的ID Quantique公司日內瓦量子戰略計劃的負責人。自世紀之交以來，沒有任何一個商業組織比它更直接地參與到未來量子計算機網絡的科學發展和工作理論中。
有一類理論涉及加密安全性。一旦量子計算機(QC)突破了目前由公鑰加密技術(PKC)控制的大壩，世界上的每一條加密信息都將受到攻擊。這就是赫特納的「量子威脅」。
「一個量子安全的解決方案，」他在10月底的歐洲量子技術2020大會上繼續說道，「可以有兩個非常不同的方面。一種是使用經典的方法來解決量子威脅。另一種是用量子來對抗量子，而這正是我們在ID Quantique做的大部分時間。」
有一種被稱為後量子密碼學(PQC)的運動，一旦量子方法變得可靠，它將努力產生更健壯的經典方法來確保加密通信的安全。Huttner採用的另一種方法是通過量子方法對所有通信進行加密。
量子密鑰分配(QKD)涉及到由QC生成一個加密密鑰，用於通過量子信息網絡(QIN)發送消息。
按照我們今天的想法，將QIN與電子網際網路連接在一起，在物理上是不可能的。直到最近，能否創造出一種機制來在這兩個系統之間交換有用的信息一直是一個懸而未決的問題，無論它變得多麼奇妙或複雜。在物理學層面上，這兩個系統處於不同的存在層面。
量子網際網路能連接非量子計算機嗎?
然而，在IQT歐洲(IQT Europe)，人們看到了希望。
軌道衛星組件製造商泰利斯阿萊尼亞空間公司負責電信和導航系統研究的馬西亞斯·范登·博舍說:「我不明白為什麼需要量子計算機來運營量子信息網絡。」基本上任務會相當簡單。」
Van Den Bossche在IQT歐洲的一次演講中所暗示的含義，在今天可能還不是不言自明的，儘管它們肯定會在歷史的進程中發生。量子信息網絡(QIN)是一個理論概念，使成對的量子計算機(QC)相互纏繞，就像它們在物理上連接在一起一樣。QIN連接的產品與其說是兩個處理器的接口，不如說是兩個系統的綁定，其結果的計算極限將是兩個系統量子成分(即量子位)總和的2次方。這是可行的，只要我們的運氣能像我們目前所做的那樣利用量子力學，繼續對我們有利。
Van Den Bossche的推測並不是要暗示量子網絡可以用同樣的方式將傳統的電子計算機捆綁在一起——例如，給任何兩臺臺式計算機提供相當於其字節總和的2次方的組合內存。量子網絡只適用於量子計算機。但如果他是正確的，那麼將一臺經典計算機連接到QC的內存系統，並在這樣的系統上傳輸大量數據的問題，就可以在不增加量子組件的情況下解決，否則將使每個連接的QC更加不穩定。
「最終，在未來，我們希望讓每個人都能使用量子網絡，」荷蘭代爾夫特大學的史蒂芬妮·溫納教授說，她在荷蘭的私人/學術合作機構QuTech領導量子網際網路項目。「這意味著最終能夠在地球上任何地方的本地量子處理器之間實現量子通信。」
量子網際網路的主要用途，或許是永久的，將是使QKD能夠保護所有的通信。量子加密的信息是由物理而不是數學保護的，所以它不是什麼可以被「黑客」攻擊的東西。Wehner教授預測，QKD將適用於公共雲上的每一筆交易。
「在這裡,你應該想像你有一個非常簡單的量子裝置——量子終端,如果您願意,」她解釋說,「和你使用量子網際網路訪問遠程量子計算機在雲中,(所以)可以執行,例如,一個模擬的專用材料,這樣雲託管提供商的量子計算機無法找到你的材料設計實際上是什麼。」
雲伺服器的任何部分都不能干擾模擬而不破壞它——在量子詞典中，導致它被解碼。這可能會稍微幹擾您的工作，但它不會給雲上的惡意參與者任何有用的東西。
創建量子網際網路的障礙
- 量子傳感器，其作用類似於電子網絡中的中繼器。(出於這個原因，你可能會聽到「量子中繼器」這個詞，儘管物理學家說這是用詞不當。)芝加哥大學的David Awschalom教授，同時也是芝加哥量子交換中心的主任，問IQT歐洲的與會者，「如何在量子領域有效地將光轉換為物質，以及如何建立量子中繼器?」當兩個量子位元通過光纖連接在一起時，它們可以共享奇妙的糾纏特性，但只能在有限的距離內。據Awschalom教授介紹，這種傳感器可以處理有效傳遞纏結所需要的奇怪狀態交換，就像一個bucket brigade，使QIN被鎖住。
- 單個光子發射量子位元，或者稱為「更好的量子位元」，將使QIN耦合經典設備的維護更加確定和易於管理。光子是量子網絡的信號。量子存儲系統將需要高頻率和令人心跳停止的高帶寬，這可能只有當光子源可以被精確地觀察和維持時才可行。
- 至少在目前，量子存儲系統(見上文)是理想的設想。目前，一個高量子位的QC計算單元作為它自己的內存，而一個53量子位的節點可以存儲多達253位(大約281.5 tb)的數據，這似乎足夠了，只是它完全是易失性的。當一個計算完成時，它可能會完全解碼，因此需要某種類型的穩定內存系統來維護，比如資料庫。這可能是最高的等級了。
- 可用的纖維。5G無線部署的努力可能會在這方面有所幫助，為光子網絡的連接開闢了道路。東芝研究中心和劍橋大學最近進行的實驗表明，電信公司的光纖網絡對於量子通信來說是足夠可靠的，在那些還沒有鋪設暗光纖的地方。
- 雷射。這裡是討論中被遺忘的元素。我們說的不是從尚未製造的藍光播放器中回收的雷射設備，而是Awschalom對它們的描述:「快速、高功率、毫瓦級泵浦雷射器，可以產生高帶寬的光學光子，與這些存儲器的波長相匹配。」
量子計算「生態系統」目前的規模和廣度(如果我們可以這樣稱呼的話)可能還沒有要求投入數十億美元或歐元來建立該行業所需的所有新基礎設施。但在它到來之前，我們可能會遇到Huttner教授所說的觀點，那時量子威脅比量子慷慨更迫在眉睫。然後，或許突然之間，投資就會大舉湧入。
本文：http://jiagoushi.pro/node/1286
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