紐約時報：量子加密技術(shù)競爭加劇 中國暫時領(lǐng)先

圖示：Quantum Xchange正在曼哈頓和紐瓦克之間建立量子加密連接，而初創(chuàng)企業(yè)Qubitekk也在致力于探索量子加密技術(shù)。

12月5日消息，據(jù)《紐約時報》報道，包括谷歌到阿里巴巴在內(nèi)的科技公司都在競相打造世界上第一臺量子計算機，這要比當(dāng)前的計算機強大得多。盡管建造量子計算機的競爭不分伯仲，但中國在量子加密技術(shù)方面明顯領(lǐng)先。

未來的量子計算機可能會破解保護數(shù)字信息的現(xiàn)行加密技術(shù)，使諸如數(shù)十億美元的電子商務(wù)支出信息以及存儲在數(shù)據(jù)庫中的機密信息等一切數(shù)據(jù)都面臨風(fēng)險。

圖示：曼哈頓下城哈德遜街60號，支持Quantum Xchange加密服務(wù)的光纖電纜。

這個問題有答案嗎?量子加密依賴于相同的概念。正如一些科學(xué)家在研究量子計算機一樣，另一些科學(xué)家也在研究量子安全技術(shù)，從而阻礙未來量子計算機的密碼破譯能力。

這是一場涉及信息安全的競賽，盡管建造量子計算機的競爭不分伯仲，但中國在量子加密技術(shù)方面明顯領(lǐng)先。與人工智能等其他尖端技術(shù)一樣，中國也將不同類型的量子研究列為重點。

“中國在相關(guān)技術(shù)研發(fā)方面擁有深思熟慮的策略，”美國橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)前研究員鄧肯·厄爾(Duncan Earl)表示。目前厄爾是量子加密技術(shù)公司Qubitekk的總裁兼首席技術(shù)官。“如果我們認(rèn)為我們可以等上5到10年再應(yīng)用這項技術(shù)，那就太晚了。”

量子計算基于量子力學(xué)理論，后者解釋了極小物質(zhì)粒子所表現(xiàn)出的奇怪行為。

在傳統(tǒng)計算機中，晶體管存儲信息的最小單位是“比特”，每個比特不是1就是0。

而當(dāng)某些物質(zhì)極小或極冷時，它們的行為就不同了。這種不同狀態(tài)的差異性允許一個量子位同時顯現(xiàn)出1和0的狀態(tài)，兩個量子位就可以同時容納四個值。隨著量子位的數(shù)量增長，量子計算機的功能以指數(shù)形式變得更加強大。

和量子計算一樣，量子加密技術(shù)依賴于極小物體的非直覺行為。保護數(shù)據(jù)秘密的密碼是由最小的光子生成的。通過合適的設(shè)備很容易判斷它們是否被篡改了，就像藥瓶上的封條一樣。如果實施得當(dāng)，這項技術(shù)可能是牢不可破的。

圖示：芝加哥大學(xué)(University of Chicago)的一個量子研究機構(gòu)正在研究一種名為量子中繼器(quantum repeaters)的設(shè)備，其可以擴大加密的范圍。

目前的量子加密技術(shù)還無法確保可以構(gòu)建出長距離的可行量子加密網(wǎng)絡(luò)。但如果這真的發(fā)生，中國愿意付諸實踐，并很可能會帶來巨大回報。

迄今為止，中國已經(jīng)投資數(shù)千萬美元，建立了使用量子加密傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)。去年，中國發(fā)射了一顆以古代哲學(xué)家墨子命名的衛(wèi)星，利用量子加密技術(shù)成功實現(xiàn)了北京和維也納之間的視頻通話。經(jīng)過4年的規(guī)劃和建設(shè)，北京和上海之間的專用量子通信網(wǎng)絡(luò)也于去年投入運行。

目前，量子加密只能在有限距離內(nèi)工作。北京和維也納之間的衛(wèi)星連接將這一限制擴大到創(chuàng)紀(jì)錄的7451公里。在地面，通過使用光纖線路，量子機密技術(shù)的最大應(yīng)用距離擴大到了約241公里。

在中國對量子加密的投資中，墨子號衛(wèi)星受到的關(guān)注最多。衛(wèi)星研制者中科大學(xué)牽頭建設(shè)了總長約1931公里的地面量子加密網(wǎng)。

這條量子加密主線正在延伸到其他城市和地區(qū)。到2030年，中國的目標(biāo)是在全球建立一個共享量子加密密鑰的網(wǎng)絡(luò)。

一些安全專家質(zhì)疑量子加密的有效性。它是如此新穎，還沒有經(jīng)過任何嚴(yán)格的測試。而只有經(jīng)過這些測試，才能使它得到持懷疑態(tài)度的密碼學(xué)家的認(rèn)可。

但中科大物理學(xué)教授陸朝陽表示，京滬之間的量子加密網(wǎng)絡(luò)是一次重大升級。

在傳統(tǒng)的通信方式中，竊聽者可以在光纖線路上的每一點攔截數(shù)據(jù)流。陸教授表示，量子加密技術(shù)將1931公里光纖線路上的易損點減少到了幾十個。

“我們承認(rèn)這是一個過渡解決方案，”他說。“這并不是最終的解決方案。但就安全而言，這已經(jīng)是一個巨大的進步。”

在美國，業(yè)界認(rèn)為量子加密不過是一項科學(xué)實驗。相反，研究人員專注于使用普通數(shù)學(xué)來構(gòu)建新的加密形式，以對抗量子計算機。這種技術(shù)不需要新的基礎(chǔ)設(shè)施。

但現(xiàn)在，在最近量子研究進展的推動下，一些美國公司正在迎頭追趕。

南加州初創(chuàng)企業(yè)Qubitekk正在利用這項技術(shù)保護田納西州的電網(wǎng)。另一家初創(chuàng)公司Quantum Xchange正在美國東北部建設(shè)量子加密網(wǎng)絡(luò)，希望為華爾街銀行和其他企業(yè)提供服務(wù)。而長島石溪大學(xué)(Stony Brook University)的研究人員正在準(zhǔn)備第三次冒險。

像Qubitekk這樣的小型初創(chuàng)企業(yè)不太可能為量子加密而投入數(shù)百萬美元。但許多專家認(rèn)為，更重要的工作將發(fā)生在研究實驗室，美國能源部(Department of Energy)正在為芝加哥的一個測試網(wǎng)絡(luò)提供資金，該網(wǎng)絡(luò)可能會更加先進。

洛斯阿拉莫斯國家實驗室(Los Alamos National laboratory)和橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National laboratory)正與Qubitekk合作，利用量子加密技術(shù)保護電網(wǎng)，而Quantum Xchange正在把設(shè)備轉(zhuǎn)移到哈德遜街60號(Hudson Street)。哈德遜街是古老的西聯(lián)電報中心所在地，現(xiàn)在是曼哈頓下城的一個互聯(lián)網(wǎng)中心。

圖示：戴維·奧沙洛姆(David Awschalom)負(fù)責(zé)芝加哥大學(xué)的大部分量子研究。

Quantum Xchange正在曼哈頓和紐瓦克之間建立量子加密連接，計劃將這兩個城市運營的大型銀行連接起來。最終，它希望將這一網(wǎng)絡(luò)延伸至東海岸。

在像芝加哥大學(xué)這樣的地方，研究人員希望更進一步，他們正在探索所謂的量子中繼器，也就是能夠擴展量子加密范圍的設(shè)備。

“我們還沒有做到這一點，”芝加哥大學(xué)教授戴維·奧沙洛姆(David Awschalom)說。“但我相信，這將在未來幾年內(nèi)發(fā)生。”

無論如何，量子通信技術(shù)需要新的硬件。這包括龐大的光纖網(wǎng)絡(luò)，或許還有衛(wèi)星，以及能夠探測單個光子的專用設(shè)備。

雖然Qubitekk致力于研究量子加密網(wǎng)絡(luò)，但它無法獲得完成這項工作所需的特殊光探測器。這家初創(chuàng)公司最初從新澤西州的一家小型制造商Princeton Lightwave那里購買探測器。但今年4月，這家美國制造商將探測器業(yè)務(wù)交給了中國的一家公司，但未能及時如愿。

這家中國公司已經(jīng)承諾向Qubitekk提供硬件，但最近告訴它，由于生產(chǎn)問題，額外的檢測器要到3月份才能交付。

圖示：目前通過諸如Quantum Xchange光纖線路應(yīng)用量子加密的極限約為241公里。

歐洲的一些小公司也在銷售類似的探測器，全球各地的實驗室也在競相開發(fā)更先進的設(shè)備。但就目前而言，尤其是在美國，這種設(shè)備的供應(yīng)量非常有限。