當(dāng)?shù)貢r(shí)間6月16日，美國(guó)芝加哥量子交易所(CQE)科學(xué)家宣布，首次使用量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(QKD)來(lái)連接芝加哥市和郊區(qū)的實(shí)驗(yàn)室。目前，東芝已在這條近200公里長(zhǎng)的量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行量子安全試驗(yàn)。

圖片來(lái)自美國(guó)芝加哥量子交易所(CQE)

芝加哥量子交易所(CQE)位于芝加哥大學(xué)，由芝加哥大學(xué)、伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校、西北大學(xué)、威斯康星大學(xué)麥迪遜分校、費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室共同創(chuàng)立。

此前，日本綜合電子電器企業(yè)東芝和美國(guó)芝加哥量子交易所在今年4月宣布，啟動(dòng)一條量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)鏈路，使用東芝的多路復(fù)用QKD單元，以連接芝加哥大學(xué)與美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ANL)。

目前，芝加哥量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)度已拓展至124英里，約為200公里，是此前美國(guó)最長(zhǎng)QKD網(wǎng)絡(luò)的近兩倍長(zhǎng)度。這條QKD網(wǎng)絡(luò)由6個(gè)節(jié)點(diǎn)和124英里光纖組成，在位于Lemont郊區(qū)的美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室到芝加哥南部的兩棟建筑之間，傳輸攜帶著量子編碼信息的粒子。兩棟建筑分別位于芝加哥大學(xué)校園和芝加哥海德公園附近的CQE總部。

據(jù)悉，芝加哥QKD網(wǎng)絡(luò)將很快向?qū)W術(shù)界和相關(guān)行業(yè)開(kāi)放，即將成為美國(guó)首批公開(kāi)的量子安全技術(shù)測(cè)試平臺(tái)之一。該網(wǎng)絡(luò)使用東芝提供的技術(shù)積極運(yùn)行量子安全協(xié)議，通過(guò)光纖在芝加哥和西部郊區(qū)之間，以超過(guò)每秒八萬(wàn)量子比特的速度進(jìn)行量子密鑰分發(fā)。東芝參與該QKD網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目，也標(biāo)志著學(xué)術(shù)界、政府和行業(yè)之間在量子QKD網(wǎng)絡(luò)方面的合作。

研究人員將使用芝加哥QKD網(wǎng)絡(luò)來(lái)測(cè)試新的通信設(shè)備、安全協(xié)議和算法，這些設(shè)備最終將連接到美國(guó)以及世界各地的遠(yuǎn)程量子計(jì)算機(jī)。這項(xiàng)工作有助于進(jìn)一步建立國(guó)家級(jí)量子互聯(lián)網(wǎng)(national quantum internet)，將對(duì)其通信、計(jì)算和國(guó)家安全產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

2020年，美國(guó)能源部(DOE)在芝加哥大學(xué)舉行的新聞發(fā)布會(huì)上公布了量子互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的戰(zhàn)略藍(lán)圖。但究竟什么是量子互聯(lián)網(wǎng)？中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉認(rèn)為，互聯(lián)網(wǎng)是用于傳遞、處理和儲(chǔ)存經(jīng)典信息的全球性系統(tǒng)。量子互聯(lián)網(wǎng)則可以對(duì)量子信息進(jìn)行同樣的傳遞、處理和存儲(chǔ)。量子互聯(lián)網(wǎng)首要的實(shí)際任務(wù)是以一種無(wú)條件安全的方式進(jìn)行全球性的密鑰共享（即量子信息是完全防篡改的）。量子比特和量子糾纏（量子比特互相關(guān)聯(lián)的狀態(tài)）將是量子互聯(lián)網(wǎng)的基本資源。這一系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)眾多量子信息任務(wù)，包括任意節(jié)點(diǎn)之間的量子隱形傳態(tài)、分布式量子計(jì)算和高精度量子測(cè)量。

科學(xué)家預(yù)見(jiàn)到，量子計(jì)算機(jī)既帶來(lái)了機(jī)遇，也存在根本威脅。一旦量子計(jì)算機(jī)投入使用，雖有望解決普通計(jì)算機(jī)幾乎無(wú)法解決的復(fù)雜問(wèn)題，但也能輕松破解當(dāng)前加密技術(shù)。今年4月，美國(guó)國(guó)會(huì)議員提出了《量子網(wǎng)絡(luò)安全防范法案》(Quantum Cybersecurity Preparedness Act)，該法案優(yōu)先考慮對(duì)敏感信息進(jìn)行及時(shí)的抗量子加密，防止不法分子竊取現(xiàn)在的數(shù)據(jù)，再利用以后的量子計(jì)算機(jī)進(jìn)行解密。

因此，科學(xué)家認(rèn)為實(shí)現(xiàn)量子安全通信網(wǎng)絡(luò)是21世紀(jì)最重要的技術(shù)前沿之一。

密鑰分發(fā)是大多數(shù)互聯(lián)網(wǎng)安全的重要組成部分，而量子技術(shù)可以幫助更好防御黑客攻擊。在量子密鑰分發(fā)中，利用量子安全協(xié)議在傳輸通信敏感數(shù)據(jù)的各方之間分發(fā)加密的數(shù)字密鑰。量子密鑰通過(guò)光子經(jīng)過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，利用光子的量子特性對(duì)組成密鑰的量子比特進(jìn)行編碼。這種不可破解的通信在很多領(lǐng)域都具有應(yīng)用價(jià)值，包括金融、國(guó)防等行業(yè)。

“隨著此次QKD網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)的開(kāi)展，我們很高興能繼續(xù)與芝加哥量子交易所合作。”東芝數(shù)字解決方案副總裁Yasushi Kawakura說(shuō)，“最重要的是，我們要開(kāi)發(fā)抗量子技術(shù)，主動(dòng)防御未來(lái)的量子威脅?！?/p>