激光技術帶來超快超安全的量子加密

導言

隨著量子技術的發展，量子計算機加密技術也逐漸廣泛的被研究和應用。但是量子加密系統的主要問題，是對於隱藏在光子內部的敏感數據信息，進行保護。

通過在一束激光中「播種」另一束激光，劍橋大學和東芝歐洲研究所得研究人員，展現了可能發布的密鑰，比早期的現實世界的量子加密系統的所嘗試發布的，高兩個和六個數量級。

量子加密的優點

為了讓敏感的信息可以被安全的共享，加密已經成為現代生活中的重要部分。在傳統的密碼學中，信息的發送者和接收者預先決定加密代碼，或者密鑰，只有密鑰可以解密這些信息。但是，隨著計算機會變得更加的快速和有力，加密代碼變得更加的容易被破解。

量子加密，是通過在由激光產生的光子和光量子中隱藏信息，保證了「牢不可破」的安全，使用量子力學用來隨機生成一個密鑰。發送者A，通過極化光子，在不同方向上發送密鑰。接收者B，在正確的順序下使用準確的量子探測器，接收密鑰。

量子加密的優點是，如果攻擊者嘗試攔截A或者B的信息，由於量子力學屬性，密鑰本身會發生變化。這個第一次在1980年引入，量子密碼學大大增加了加密的安全性。「理論上說，攻擊者可以具有所有可能的物理定律，但是他們仍然不能破解代碼，」研究的第一作者，劍橋大學工程系和東芝劍橋研究實驗室的博士研究生 Lucian Comandar說。

量子加密遇到的挑戰

然而，當嘗試構建一個可用系統的時候，問題也隨著量子加密而增多。在現實中，它是一個來回的遊戲，瞄準不同系統組件的攻擊，不斷的開發，並且針對攻擊的策略，不斷開發來作為響應。

最經常被駭客攻擊的組件是光子探測器，因為他們的高度敏感和複雜的設計，它通常是最複雜的組件，也是最容易受到攻擊的。為了應對對於檢測器的攻擊，研究人員開發了一個新的量子加密協議，稱為測量設備獨立量子密鑰發放（MDI-QKD）。

在這個方法中，除了A和B都有一個探測器，A和B發送他們的光子到中央節點，稱為C。C讓光子通過一個分光鏡並且測量他們。結果可以披露比特之間的相關性，但是不能揭示他們值，這些值被保密。在這個組織中，即使C嘗試欺騙，信息還可以保持安全。

MDI-QKD已經被實驗證明有效。但是信息發送的速率，對於現實世界來說還是太慢。最大難度是因為從不同的激光，創建不同的粒子。為了實現這個目標，通過C的分束器發送的激光脈衝，需要相對的長，比率限制在每秒幾百個比特或者更少。

這個由劍橋大學的研究人員開發的方法，使用了一種叫做脈衝激光播種的技術，在這裡，一個激光束向另外一個注入光子。它讓激光脈衝對於C更加的可見，通過減少脈衝中的「時間抖動」數量，所以許多短脈衝可以被使用。脈衝激光播種也可以在相當高的比率下，隨機改變激光束的相位。在MDI-QKD設置中使用這個技術，可以保證比率達到每秒1Mbit，相對於先前的成果有兩到六個數量級別的提高。

「這個協議，在很高的時鐘頻率下，給我們最高的安全程度」Comandar說，「它指出了量子加密的實際實現方法。」

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