导读
英国伦敦大学学院（UCL）领导的科学家团队开发出一种新方法，它可以实现多个量子设备之间的安全通信，进一步推进大规模、不可破解的量子网络走向现实。
背景
当今时代，信息安全的重要性都越来越突出。为了保证信息安全，从技术角度来说，一般都是采用加密。在传统密码学中，信息的发送者和接收者预先决定加密代码：密钥，只有密钥才可以解密加密信息。
但是，随着计算机技术发展，特别是超级计算机和量子计算机的出现，计算的速度和能力都达到了前所未有的规模，因此加密信息很容易遭到攻击和破解。
然而，与传统的算法加密方式不同，采用量子物理的基本法则保护数据信息安全，能够让数据对于黑客攻击“完全免疫”。“量子加密”是指通过量子技术传输密钥，在这一过程中，一般都是通过量子力学随机生成一个密钥。发送者A，通过极化光子，在不同方向上发送密钥；接收者B，通过量子探测器接受密钥。
量子加密的优点是：如果攻击者尝试拦截A或者B的信息，由于量子力学特性，密钥本身会发生变化，即发生了不可逆转的改变。所以任何攻击者的攻击行为都很容易被发送者或接收者察觉。因此，原则上，量子加密技术可以实现无法破解的秘钥。
下面，分享几个笔者介绍过的有关量子加密的创新案例。
1）英国牛津大学的研究人员开发了一种新型量子加密系统，该系统不仅具有高度安全性和数据传输率，且有望小型化后应用于移动设备。它让手持设备和终端设备进行通信时，发送的密钥“牢不可破”。
（图片来源：牛津大学）
2）西班牙科学家利用光子集成电路技术，创建出量子数字随机发生器，应用于数据加密和复杂计算。它具有体积小，速度快，易集成等优点，并有望将量子加密技术推向商用。
3）俄罗斯圣彼得堡国立信息技术机械与光学大学（ITMO University）开发出一种构建加密数据交换的量子通信系统的新方法。该设备能够在250千米或者更远距离下传输单光子量子信号。
（图片来源：ITMO ）
4）加拿大渥太华大学的科研人员通过自由空间光网络，在两座相距0.3千米的建筑之间，演示了四维量子加密。这次成功的实验表明，未来使用高容量、自由空间的量子通信，创建地基网络和卫星之间的安全通信链接将成为现实。
（图片来源：SQO团队，渥太华大学）
创新
英国伦敦大学学院（UCL）领导的科学家团队开发出一种新方法，它可以实现多个量子设备之间的安全通信，进一步推进大规模、不可破解的量子网络走向现实。
这项研究由UCL、牛津大学、爱丁堡大学的科学家们合作开展，受到工程和物理科学研究委员会赞助。研究论文发表于《物理评论快报（Physical Review Letters）》杂志，详细阐述了一种用于三个或更多的量子设备之间的新型安全通信方式，而不用考虑是谁构建了它们。UCL物理和天文学系的 Ciarán Lee 博士是论文的领导作者。
技术
研究人员称，到目前为止，量子网络通信只能发生于通过安全方式构建的已知出处的两个设备之间。
欧盟和英国分别承诺10亿欧元和2.7亿英镑以资助量子技术研究。这项竞赛旨在开发出首个位于城市之间真正安全、大规模的网络，并可以适用于任何量子设备。
牛津大学的Matty Hoban 博士（之前在爱丁堡大学）表示：“我们的方案可以工作在普通网络上。在普通网络中，你无需信任设备的制造商或者依赖网络保障安全。我们的方案只需要采用特定的网络结构，就可以限制偷听者可以学到的东西。”
保证完美安全性的量子物理定律的理论承诺，与大型网络中实际实现这样的安全性之间存在着差距，而该方案缩小了这一差距。
在应用于整个网络的通信中之前，量子设备安全性得到了测试。这种测试旨在检查网络中设备之间的关联本质上是否是量子的，而且无法通过其他方式创建。
这些关联用于建立起加密任何通信的密钥。安全性通过唯一性来保障的，而唯一性是指量子关联只能在创建它们的设备之间分享，从而保证了没有黑客可以学习到这种密钥。
团队采用了两种方法：机器学习和因果推理，开发应用于这种不可破解的通信系统的测试方法。这种方案分配的密钥无法被有效拦截，因为通过量子力学原理，它们的安全性可以得到测试和保障。
价值
Lee 博士总结道：“我们的研究被认为是创建了一种软件，它可以运行在目前创建的硬件上，释放出量子通信的潜能。在未来工作中，我们要和英国国家量子技术计划的合作伙伴一起，进一步推进这项研究。我们希望在未来几年中试验我们的量子网络方案。”
团队承认，这种不可破解的网络也会像现有的网络一样，被不恰当的使用，但是也重点强调了它的好处就是能够保证隐私。
关键字
量子技术、通信、安全
参考资料
【1】http://www.ucl.ac.uk/news/news-articles/0118/110118-unhackable-quantum-net
【2】Ciarán M. Lee, Matty J. Hoban. Towards Device-Independent Information Processing on General Quantum Networks. Physical Review Letters, 2018; 120 (2) DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.020504