12月5日消息，據(jù)外媒報(bào)道，從谷歌到阿里巴巴，世界領(lǐng)先的科技公司都在競(jìng)相打造第一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)。與今天常見的計(jì)算機(jī)相比，量子計(jì)算機(jī)的功能要強(qiáng)大得多。

然而，這種設(shè)備可能會(huì)破解保護(hù)數(shù)字信息的加密技術(shù)，使諸如數(shù)十億美元的電子商務(wù)支出信息到存儲(chǔ)在政府?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)中的國(guó)家機(jī)密等都陷入危險(xiǎn)之中。

圖1：Quantum Xchange公司正在曼哈頓和紐瓦克之間建立量子加密鏈路，而初創(chuàng)公司Qubitekk也在探索量子加密技術(shù)

那么如何應(yīng)對(duì)量子計(jì)算機(jī)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)?量子加密依賴于物理世界的相同概念。正如有些科學(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)，這些技術(shù)將來(lái)可能會(huì)阻止這些機(jī)器的密碼破譯能力。

盡管建造量子計(jì)算機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，但中國(guó)在量子加密方面明顯處于領(lǐng)先地位。與人工智能(AI)等其他尖端技術(shù)一樣，中國(guó)政府也將不同類型的量子研究列為重點(diǎn)。

美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室前研究員、量子加密技術(shù)公司Qubitekk總裁兼首席技術(shù)官鄧肯·厄爾(Duncan Earl)說：“中國(guó)決定研究這項(xiàng)技術(shù)是經(jīng)過深思熟慮的戰(zhàn)略。如果我們認(rèn)為可以等上5到10年再應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，那就太晚了!”

圖2：在曼哈頓下城哈德遜街60號(hào)，支持Quantum Xchange加密服務(wù)的光纖電纜

量子計(jì)算以量子力學(xué)為基礎(chǔ)，這門科學(xué)解釋了極小的物質(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)信息最小單位是“比特”，每個(gè)比特不是1就是0。這些基本數(shù)據(jù)可以告訴計(jì)算機(jī)該做什么。

當(dāng)某些物質(zhì)極小或非常冷時(shí)，它們的行為就會(huì)發(fā)生變化。這種差異允許一個(gè)量子位同時(shí)存儲(chǔ)1和0的組合。兩個(gè)量子位可以同時(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)的功能會(huì)以指數(shù)形式變得更加強(qiáng)大。

與量子計(jì)算一樣，量子加密依賴于極小物體的非直覺行為。保護(hù)數(shù)據(jù)秘密的密碼是由最小的光粒子——光子發(fā)出的。有了合適的設(shè)備，可以很容易判斷出它們是否被篡改了。如果部署得當(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)。但如果真有這種可能，中國(guó)愿意付諸實(shí)踐，投入各種資源，并很可能會(huì)獲得巨大回報(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技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)。去年，中國(guó)發(fā)射了以古代哲學(xué)家墨子名字命名的衛(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。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(yùn)營(yíng)。

圖3：芝加哥大學(xué)的量子研究機(jī)構(gòu)正在研發(fā)名為量子中繼器的設(shè)備，它可以擴(kuò)大加密的范圍

目前，量子加密只能在有限的距離內(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。在地面上，使用光纖線路，量子機(jī)密技術(shù)的最大應(yīng)用距離擴(kuò)大到了241公里。

在中國(guó)對(duì)量子加密的投資中，“墨子”衛(wèi)星受到的關(guān)注最多。中國(guó)科技大學(xué)牽頭建設(shè)了總長(zhǎng)約1931的地面量子加密網(wǎng)絡(luò)。這條主網(wǎng)絡(luò)正在延伸到其他城市和地區(qū)。到2030年，中國(guó)的目標(biāo)是在全球建立起共享量子加密密鑰的網(wǎng)絡(luò)。

有些安全專家質(zhì)疑量子加密技術(shù)的有效性。畢竟這是新興技術(shù)，還沒有經(jīng)過任何嚴(yán)格的測(cè)試。而只有經(jīng)過這些測(cè)試，才能使它得到持懷疑態(tài)度的密碼學(xué)家的認(rèn)可。但中國(guó)科技大學(xué)物理學(xué)教授陸朝陽(yáng)表示，京滬量子網(wǎng)絡(luò)是一次重大升級(jí)。

圖4：芝加哥大學(xué)負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)大部分量子研究的戴維·奧沙洛姆(David Awschalom)

利用傳統(tǒng)的通信方式，竊聽者可以在光纖線路上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)攔截?cái)?shù)據(jù)流。陸朝陽(yáng)表示，量子加密技術(shù)將京滬網(wǎng)絡(luò)的易損點(diǎn)減少到只剩幾十個(gè)。他說：“我們承認(rèn)這是個(gè)過渡解決方案，并非最終的解決方案。但就安全性而言，這已經(jīng)是一個(gè)巨大的進(jìn)步。”

在美國(guó)，業(yè)界認(rèn)為量子加密不過是一項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)。相反，研究人員專注于使用普通數(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)。他們認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)不需要新的基礎(chǔ)設(shè)施。

但是現(xiàn)在，在最近量子研究進(jìn)展的推動(dòng)下，許多美國(guó)公司正迎頭趕上。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)，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)服務(wù)。長(zhǎng)島石溪大學(xué)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)不太可能像中國(guó)為量子加密而建立基礎(chǔ)設(shè)施那樣，投入數(shù)千萬(wàn)美元資金。但許多專家認(rèn)為，更重要的工作將發(fā)生在研究實(shí)驗(yàn)室，美國(guó)能源部正在為芝加哥的一個(gè)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)提供資金。

洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室正與Qubitekk合作，利用量子技術(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)，那里曾是古老的西聯(lián)電報(bào)中心所在地，現(xiàn)在則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鏈接，計(jì)劃將在這兩個(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)延伸到東海岸。

在像芝加哥大學(xué)這樣的地方，研究人員希望能更進(jìn)一步，探索所謂的量子中繼器，即能夠擴(kuò)展量子加密范圍的設(shè)備。芝加哥大學(xué)教授戴維·奧沙洛姆(David Awschalom)說：“我們還沒有做到這一點(diǎn)。但我相信，這將在未來(lái)幾年成為現(xiàn)實(shí)。”

量子通信技術(shù)需要新的硬件，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)光子的專門設(shè)備。雖然Qubitekk致力于建設(shè)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小型制造商Princeton Lightwave那里購(gòu)買探測(cè)器。但今年4月，這家美國(guó)制造商將探測(cè)器業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)售給了中國(guó)的一家公司RMY，Qubitekk失去了供應(yīng)源頭。

RMY已經(jīng)承諾向Qubitekk提供硬件，但最近表示，由于生產(chǎn)問題，更多檢測(cè)器要到3月份才能交付。歐洲許多小公司也在銷售類似的探測(cè)器，全球各地的實(shí)驗(yàn)室也在開發(fā)更先進(jìn)的硬件。但就目前而言，這種設(shè)備的供應(yīng)量十分有限。