外媒:量子加密技术竞争日益加剧,中国处于领先地位
2018-12-05 12:15:33
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来源:腾讯科技

编译/金鹿

12月5日消息,据外媒报道,从谷歌到阿里巴巴,世界领先的科技公司都在竞相打造第一台量子计算机。与今天常见的计算机相比,量子计算机的功能要强大得多。

然而,这种设备可能会破解保护数字信息的加密技术,使诸如数十亿美元的电子商务支出信息到存储在政府数据库中的国家机密等都陷入危险之中。

图1:Quantum Xchange公司正在曼哈顿和纽瓦克之间建立量子加密链路,而初创公司Qubitekk也在探索量子加密技术

那么如何应对量子计算机带来的风险?量子加密依赖于物理世界的相同概念。正如有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,这些技术将来可能会阻止这些机器的密码破译能力。

尽管建造量子计算机的竞争日益加剧,但中国在量子加密方面明显处于领先地位。与人工智能(AI)等其他尖端技术一样,中国政府也将不同类型的量子研究列为重点。

美国橡树岭国家实验室前研究员、量子加密技术公司Qubitekk总裁兼首席技术官邓肯·厄尔(Duncan Earl)说:“中国决定研究这项技术是经过深思熟虑的战略。如果我们认为可以等上5到10年再应用这项技术,那就太晚了!”

图2:在曼哈顿下城哈德逊街60号,支持Quantum Xchange加密服务的光纤电缆

量子计算以量子力学为基础,这门科学解释了极小的物质粒子所表现出的奇怪行为。在传统计算机中,晶体管存储信息最小单位是“比特”,每个比特不是1就是0。这些基本数据可以告诉计算机该做什么。

当某些物质极小或非常冷时,它们的行为就会发生变化。这种差异允许一个量子位同时存储1和0的组合。两个量子位可以同时容纳四个值。随着量子位的数量增长,量子计算机的功能会以指数形式变得更加强大。

与量子计算一样,量子加密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粒子——光子发出的。有了合适的设备,可以很容易判断出它们是否被篡改了。如果部署得当,这项技术可能是牢不可破的。

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。但如果真有这种可能,中国愿意付诸实践,投入各种资源,并很可能会获得巨大回报。

迄今为止,中国已经投资数千万美元,建立了使用量子加密技术传输数据的网络。去年,中国发射了以古代哲学家墨子名字命名的卫星,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营。

图3:芝加哥大学的量子研究机构正在研发名为量子中继器的设备,它可以扩大加密的范围

目前,量子加密只能在有限的距离内工作。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。在地面上,使用光纤线路,量子机密技术的最大应用距离扩大到了241公里。

在中国对量子加密的投资中,“墨子”卫星受到的关注最多。中国科技大学牵头建设了总长约1931的地面量子加密网络。这条主网络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起共享量子加密密钥的网络。

有些安全专家质疑量子加密技术的有效性。毕竟这是新兴技术,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。但中国科技大学物理学教授陆朝阳表示,京沪量子网络是一次重大升级。

图4:芝加哥大学负责领导大部分量子研究的戴维·奥沙洛姆(David Awschalom)

利用传统的通信方式,窃听者可以在光纤线路上的每个节点拦截数据流。陆朝阳表示,量子加密技术将京沪网络的易损点减少到只剩几十个。他说:“我们承认这是个过渡解决方案,并非最终的解决方案。但就安全性而言,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。他们认为,这项技术不需要新的基础设施。

但是现在,在最近量子研究进展的推动下,许多美国公司正迎头赶上。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,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服务。长岛石溪大学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像中国为量子加密而建立基础设施那样,投入数千万美元资金。但许多专家认为,更重要的工作将发生在研究实验室,美国能源部正在为芝加哥的一个测试网络提供资金。

洛斯阿拉莫斯国家实验室和橡树岭国家实验室正与Qubitekk合作,利用量子技术保护电网,而Quantum Xchange正在把设备转移到哈德逊街60号(Hudson Street),那里曾是古老的西联电报中心所在地,现在则是曼哈顿下城的一个互联网中心。

Quantum Xchange正在曼哈顿和纽瓦克之间建立量子加密链接,计划将在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到东海岸。

在像芝加哥大学这样的地方,研究人员希望能更进一步,探索所谓的量子中继器,即能够扩展量子加密范围的设备。芝加哥大学教授戴维·奥沙洛姆(David Awschalom)说:“我们还没有做到这一点。但我相信,这将在未来几年成为现实。”

量子通信技术需要新的硬件,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门设备。虽然Qubitekk致力于建设量子加密网络,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转售给了中国的一家公司RMY,Qubitekk失去了供应源头。

RMY已经承诺向Qubitekk提供硬件,但最近表示,由于生产问题,更多检测器要到3月份才能交付。欧洲许多小公司也在销售类似的探测器,全球各地的实验室也在开发更先进的硬件。但就目前而言,这种设备的供应量十分有限。

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