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量子加密技术竞争加剧 中国目前领先

2018-12-05 20:40 · 作者:   阅读:50   来源:网易科技

(原标题:Race Is On to Protect Data From Next Leap in Computers. And China Has the Lead.)


图示:Quantum Xchange正在曼哈顿和纽瓦克之间建立量子加密连接,而初创企业Qubitekk也在致力于探索量子加密技术。


网易科技讯 12月5日消息,据《纽约时报》报道,包括谷歌到阿里巴巴在内的科技公司都在竞相打造世界上第一台量子计算机,这要比当前的计算机强大得多。尽管建造量子计算机的竞争不分伯仲,但中国在量子加密技术方面明显领先。


未来的量子计算机可能会破解保护数字信息的现行加密技术,使诸如数十亿美元的电子商务支出信息以及存储在数据库中的机密信息等一切数据都面临风险。


图示:曼哈顿下城哈德逊街60号,支持Quantum Xchange加密服务的光纤电缆。


这个问题有答案吗?量子加密依赖于相同的概念。正如一些科学家在研究量子计算机一样,另一些科学家也在研究量子安全技术,从而阻碍未来量子计算机的密码破译能力。


这是一场涉及信息安全的竞赛,尽管建造量子计算机的竞争不分伯仲,但中国在量子加密技术方面明显领先。与人工智能等其他尖端技术一样,中国也将不同类型的量子研究列为重点。


“中国在相关技术研发方面拥有深思熟虑的策略,”美国橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)前研究员邓肯·厄尔(Duncan Earl)表示。目前厄尔是量子加密技术公司Qubitekk的总裁兼首席技术官。“如果我们认为我们可以等上5到10年再应用这项技术,那就太晚了。”


量子计算基于量子力学理论,后者解释了极小物质粒子所表现出的奇怪行为。


在传统计算机中,晶体管存储信息的最小单位是“比特”,每个比特不是1就是0。


而当某些物质极小或极冷时,它们的行为就不同了。这种不同状态的差异性允许一个量子位同时显现出1和0的状态,两个量子位就可以同时容纳四个值。随着量子位的数量增长,量子计算机的功能以指数形式变得更加强大。


和量子计算一样,量子加密技术依赖于极小物体的非直觉行为。保护数据秘密的密码是由最小的光子生成的。通过合适的设备很容易判断它们是否被篡改了,就像药瓶上的封条一样。如果实施得当,这项技术可能是牢不可破的。



图示:芝加哥大学(University of Chicago)的一个量子研究机构正在研究一种名为量子中继器(quantum repeaters)的设备,其可以扩大加密的范围。


目前的量子加密技术还无法确保可以构建出长距离的可行量子加密网络。但如果这真的发生,中国愿意付诸实践,并很可能会带来巨大回报。


迄今为止,中国已经投资数千万美元,建立了使用量子加密传输数据的网络。去年,中国发射了一颗以古代哲学家墨子命名的卫星,利用量子加密技术成功实现了北京和维也纳之间的视频通话。经过4年的规划和建设,北京和上海之间的专用量子通信网络也于去年投入运行。


目前,量子加密只能在有限距离内工作。北京和维也纳之间的卫星连接将这一限制扩大到创纪录的7451公里。在地面,通过使用光纤线路,量子机密技术的最大应用距离扩大到了约241公里。


在中国对量子加密的投资中,墨子号卫星受到的关注最多。卫星研制者中科大学牵头建设了总长约1931公里的地面量子加密网。


这条量子加密主线正在延伸到其他城市和地区。到2030年,中国的目标是在全球建立一个共享量子加密密钥的网络。


一些安全专家质疑量子加密的有效性。它是如此新颖,还没有经过任何严格的测试。而只有经过这些测试,才能使它得到持怀疑态度的密码学家的认可。


但中科大物理学教授陆朝阳表示,京沪之间的量子加密网络是一次重大升级。


在传统的通信方式中,窃听者可以在光纤线路上的每一点拦截数据流。陆教授表示,量子加密技术将1931公里光纤线路上的易损点减少到了几十个。


“我们承认这是一个过渡解决方案,”他说。“这并不是最终的解决方案。但就安全而言,这已经是一个巨大的进步。”


在美国,业界认为量子加密不过是一项科学实验。相反,研究人员专注于使用普通数学来构建新的加密形式,以对抗量子计算机。这种技术不需要新的基础设施。


但现在,在最近量子研究进展的推动下,一些美国公司正在迎头追赶。


南加州初创企业Qubitekk正在利用这项技术保护田纳西州的电网。另一家初创公司Quantum Xchange正在美国东北部建设量子加密网络,希望为华尔街银行和其他企业提供服务。而长岛石溪大学(Stony Brook University)的研究人员正在准备第三次冒险。


像Qubitekk这样的小型初创企业不太可能为量子加密而投入数百万美元。但许多专家认为,更重要的工作将发生在研究实验室,美国能源部(Department of Energy)正在为芝加哥的一个测试网络提供资金,该网络可能会更加先进。


洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National laboratory)和橡树岭国家实验室(Oak Ridge National laboratory)正与Qubitekk合作,利用量子加密技术保护电网,而Quantum Xchange正在把设备转移到哈德逊街60号(Hudson Street)。哈德逊街是古老的西联电报中心所在地,现在是曼哈顿下城的一个互联网中心。


图示:戴维·奥沙洛姆(David Awschalom)负责芝加哥大学的大部分量子研究。


Quantum Xchange正在曼哈顿和纽瓦克之间建立量子加密连接,计划将这两个城市运营的大型银行连接起来。最终,它希望将这一网络延伸至东海岸。


在像芝加哥大学这样的地方,研究人员希望更进一步,他们正在探索所谓的量子中继器,也就是能够扩展量子加密范围的设备。


“我们还没有做到这一点,”芝加哥大学教授戴维·奥沙洛姆(David Awschalom)说。“但我相信,这将在未来几年内发生。”


无论如何,量子通信技术需要新的硬件。这包括庞大的光纤网络,或许还有卫星,以及能够探测单个光子的专用设备。


虽然Qubitekk致力于研究量子加密网络,但它无法获得完成这项工作所需的特殊光探测器。这家初创公司最初从新泽西州的一家小型制造商Princeton Lightwave那里购买探测器。但今年4月,这家美国制造商将探测器业务交给了中国的一家公司,但未能及时如愿。


这家中国公司已经承诺向Qubitekk提供硬件,但最近告诉它,由于生产问题,额外的检测器要到3月份才能交付。


图示:目前通过诸如Quantum Xchange光纤线路应用量子加密的极限约为241公里。


欧洲的一些小公司也在销售类似的探测器,全球各地的实验室也在竞相开发更先进的设备。但就目前而言,尤其是在美国,这种设备的供应量非常有限。(晗冰)


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