紐約時報:量子加密技術競爭加劇,中國目前領先

紐約時報:量子加密技術競爭加劇,中國目前領先

《紐約時報》報導,包括谷歌到阿里巴巴在內的科技公司都在競相打造世界上第一台量子電腦,這要比當前的電腦強大得多。儘管建造量子電腦的競爭不分伯仲,但中國在量子加密技術方面明顯領先。

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未來的量子電腦可能會破解保護數字訊息的現行加密技術,使諸如數十億美元的電子商務支出訊息以及存儲在資料庫中的機密訊息等一切資料都面臨風險。

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這個問題有答案嗎?量子加密依賴於相同的概念。正如一些科學家在研究量子電腦一樣,另一些科學家也在研究量子安全技術,從而阻礙未來量子電腦的密碼破譯能力。

這是一場涉及國家訊息安全的競賽,儘管建造量子電腦的競爭不分伯仲,但中國在量子加密技術方面明顯領先。與人工智慧等其他尖端技術一樣,中國也將不同類型的量子研究列為重點。

「中國在相關技術研發方面擁有深思熟慮的戰略,」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公司Qubitekk的總裁兼首席技術長。「如果我們認為我們可以等上5到10年再應用這項技術,那就太晚了。」

量子計算基於量子力學理論,後者解釋了極小物質粒子所表現出的奇怪行為。

在傳統計算機中,晶體管存儲訊息的最小單位是「bit」,每個bit不是1就是0。

而當某些物質極小或極冷時,它們的行為就不同了。這種不同狀態的差異性允許一個量子位同時顯現出1和0的狀態,兩個量子位就可以同時容納四個值。隨著量子位的數量增長,量子電腦的功能以指數形式變得更加強大。

和量子運算一樣,量子加密技術依賴於極小物體的非直覺行為。保護資料祕密的密碼是由最小的光子生成的。透過合適的設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,這項技術可能是牢不可破的。

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目前的量子加密技術還無法確保可以構建出長距離的可行量子加密網路。但如果這真的發生,中國願意付諸實踐,並很可能會帶來巨大回報。

迄今為止,中國已經投資數千萬美元,建立了使用量子加密傳輸資料的網路。去年,中國發射了一顆以古代哲學家墨子命名的衛星,利用量子加密技術成功實現了北京和維也納之間的視訊通話。經過4年的規劃和建設,北京和上海之間的專用量子通訊網路也於去年投入運行。

目前,量子加密只能在有限距離內工作。北京和維也納之間的衛星連接將這一限制擴大到創紀錄的7451公里。在地面,透過使用光纖線路,量子機密技術的最大應用距離擴大到了約241公里。

在中國對量子加密的投資中,墨子號衛星受到的關注最多。衛星研製者中科大學領導建設了總長約1931公里的地面量子加密網。

光纖網路通過的安徽和山東省政府共投入8000萬美元用於該專案。和中國所有重大基礎設施項目一樣,這些計劃得到了中國政府的高層支持。

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

一些安全專家質疑量子加密的有效性。它是如此新穎,還沒有經過任何嚴格的測試。而只有經過這些測試,才能使它得到持懷疑態度的密碼學家的認可。

但中科大物理學教授陸朝陽表示,京滬之間的量子加密網路是一次重大升級。

在傳統的通信方式中,竊聽者可以在光纖線路上的每一點攔截資料流。陸教授表示,量子加密技術將1931公里光纖線路上的易損點減少到了幾十個。

「我們承認這是一個過渡解決方案,」他說。「這並不是最終的解決方案。但就安全而言,這已經是一個巨大的進步。」

在美國,業界認為量子加密不過是一項科學實驗。相反,研究人員專注於使用普通數學來構建新的加密形式,以對抗量子電腦。這種技術不需要新的基礎設施。

但現在,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。

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

像Qubitekk這樣的小型初創企業不太可能為量子加密而投入數百萬美元。但許多專家認為,更重要的工作將發生在研究實驗室,美國能源部(Department of Energy)正在為芝加哥的一個測試網路提供資金,該網路可能會更加先進。

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,利用量子加密技術保護電網,而Quantum Xchange正在把設備轉移到哈德遜街60號(Hudson Street)。哈德遜街是古老的西聯電報中心所在地,現在是曼哈頓下城的一個網路中心。

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Quantum Xchange正在曼哈頓和紐華克之間建立量子加密連接,計畫將這兩個城市運營的大型銀行連接起來。最終,它希望將這一網路延伸至東海岸。

在像芝加哥大學這樣的地方,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範圍的設備。

「我們還沒有做到這一點,」芝加哥大學教授戴維‧奧沙洛姆(David Awschalom)說。「但我相信,這將在未來幾年內發生。」

無論如何,量子通信技術需要新的硬體。這包括龐大的光纖網路,或許還有衛星,以及能夠探測單個光子的專用設備。

雖然Qubitekk致力於研究量子加密網路,但它無法獲得完成這項工作所需的特殊光探測器。這家初創公司最初從新澤西州的一家小型製造商Princeton Lightwave那裡購買探測器。但今年4月,這家美國製造商將探測器業務交給了中國的一家公司,但未能及時如願。

這家中國公司已經承諾向Qubitekk提供硬體,但最近告訴它,由於生產問題,額外的檢測器要到3月份才能交付。

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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更先進的設備。但就目前而言,尤其是在美國,這種設備的供應量非常有限。

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