紐約時(shí)報(bào)：量子加密技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)加劇 中國(guó)目前領(lǐng)先

據(jù)《紐約時(shí)報(bào)》報(bào)道，包括谷歌到阿里巴巴在內(nèi)的科技公司都在競(jìng)相打造世界上第一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，這要比當(dāng)前的計(jì)算機(jī)強(qiáng)大得多。盡管建造量子計(jì)算機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)不分伯仲，但中國(guó)在量子加密技術(shù)方面明顯領(lǐng)先。

未來(lái)的量子計(jì)算機(jī)可能會(huì)破解保護(hù)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(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的機(jī)密信息等一切數(shù)據(jù)都面臨風(fēng)險(xiǎn)。

這個(gè)問(wèn)題有答案嗎?量子加密依賴(lài)于相同的概念。正如一些科學(xué)家在研究量子計(jì)算機(jī)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(lái)量子計(jì)算機(jī)的密碼破譯能力。

這是一場(chǎng)涉及信息安全的競(jìng)賽，盡管建造量子計(jì)算機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)不分伯仲，但中國(guó)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(guó)也將不同類(lèi)型的量子研究列為重點(diǎn)。

“中國(guó)在相關(guān)技術(shù)研發(fā)方面擁有深思熟慮的策略，”美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(xiàng)技術(shù)，那就太晚了。”

量子計(jì)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(jì)算機(jī)中，晶體管存儲(chǔ)信息的最小單位是“比特”，每個(gè)比特不是1就是0。

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

和量子計(jì)算一樣，量子加密技術(shù)依賴(lài)于極小物體的非直覺(jué)行為。保護(hù)數(shù)據(jù)秘密的密碼是由最小的光子生成的。通過(guò)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(shí)施得當(dāng)，這項(xiàng)技術(shù)可能是牢不可破的。

目前的量子加密技術(shù)還無(wú)法確?？梢詷?gòu)建出長(zhǎng)距離的可行量子加密網(wǎng)絡(luò)。但如果這真的發(fā)生，中國(guó)愿意付諸實(shí)踐，并很可能會(huì)帶來(lái)巨大回報(bào)。

迄今為止，中國(guó)已經(jīng)投資數(shù)千萬(wàn)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(guó)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(shí)現(xiàn)了北京和維也納之間的視頻通話(huà)。經(jīng)過(guò)4年的規(guī)劃和建設(shè)，北京和上海之間的專(zhuān)用量子通信網(wǎng)絡(luò)也于去年投入運(yùn)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(kuò)大到創(chuàng)紀(jì)錄的7451公里。在地面，通過(guò)使用光纖線(xiàn)路，量子機(jī)密技術(shù)的最大應(yīng)用距離擴(kuò)大到了約241公里。

在中國(guó)對(duì)量子加密的投資中，墨子號(hào)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(zhǎng)約1931公里的地面量子加密網(wǎng)。

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

一些安全專(zhuān)家質(zhì)疑量子加密的有效性。它是如此新穎，還沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何嚴(yán)格的測(cè)試。而只有經(jīng)過(guò)這些測(cè)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(yáng)表示，京滬之間的量子加密網(wǎng)絡(luò)是一次重大升級(jí)。

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

“我們承認(rèn)這是一個(gè)過(guò)渡解決方案，”他說(shuō)。“這并不是最終的解決方案。但就安全而言，這已經(jīng)是一個(gè)巨大的進(jìn)步。”

在美國(guó)，業(yè)界認(rèn)為量子加密不過(guò)是一項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。相反，研究人員專(zhuān)注于使用普通數(shù)學(xué)來(lái)構(gòu)建新的加密形式，以對(duì)抗量子計(jì)算機(jī)。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(jìn)展的推動(dòng)下，一些美國(guó)公司正在迎頭追趕。

南加州初創(chuàng)企業(yè)Qubitekk正在利用這項(xiàng)技術(shù)保護(hù)田納西州的電網(wǎng)。另一家初創(chuàng)公司Quantum Xchange正在美國(guó)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(zhǎng)島石溪大學(xué)(Stony Brook University)的研究人員正在準(zhǔn)備第三次冒險(xiǎn)。

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(wàn)美元。但許多專(zhuān)家認(rèn)為，更重要的工作將發(fā)生在研究實(shí)驗(yàn)室，美國(guó)能源部(Department of Energy)正在為芝加哥的一個(gè)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)提供資金，該網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)更加先進(jìn)。

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

Quantum Xchange正在曼哈頓和紐瓦克之間建立量子加密連接，計(jì)劃將這兩個(gè)城市運(yùn)營(yíng)的大型銀行連接起來(lái)。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(jìn)一步，他們正在探索所謂的量子中繼器，也就是能夠擴(kuò)展量子加密范圍的設(shè)備。

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

無(wú)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(cè)單個(gè)光子的專(zhuān)用設(shè)備。

雖然Qubitekk致力于研究量子加密網(wǎng)絡(luò)，但它無(wú)法獲得完成這項(xiàng)工作所需的特殊光探測(cè)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(gòu)買(mǎi)探測(cè)器。但今年4月，這家美國(guó)制造商將探測(cè)器業(yè)務(wù)交給了中國(guó)的一家公司，但未能及時(shí)如愿。

這家中國(guó)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(wèn)題，額外的檢測(cè)器要到3月份才能交付。

歐洲的一些小公司也在銷(xiāo)售類(lèi)似的探測(cè)器，全球各地的實(shí)驗(yàn)室也在競(jìng)相開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的設(shè)備。但就目前而言，尤其是在美國(guó)，這種設(shè)備的供應(yīng)量非常有限。