基于現有設備研發的新型量子加密系統，速度是當前技術的5至10倍

當并行運行多個該系統時，其運行速度與目前的網速相當。

近日，量子計算機領域開始急速發展，而量子計算機很可能成為黑客破解最復雜的網絡安全密鑰的工具，而當這些代碼被破壞之時，所有的在線數據傳輸（醫療記錄到銀行交易）都有可能受到攻擊。

針對這一問題，量子密鑰分配一直是科學家們研究的重點。最近，在這一方面的研究上，美國多家大學的科學家團隊獲得了質的進展。

量子計算機威脅將至，但量子加密通信現狀堪憂

對量子計算機應用開始之初會出現的問題，俄亥俄州立大學物理學教授Daniel Gauthier解釋道：“我們現在可能會有一臺運行良好的量子計算機，它能夠在不久的將來解開現有的復雜密碼。我們現在真的需要認真思考，怎樣利用各種技術來保護我們的互聯網信息。”

為了避免這一潛在的巨大威脅，研究人員在研制量子計算機的同時，也同時在利用量子的屬性，以在量子計算機上創建量子數據加密。

量子密鑰分配（QKD）是從1984年提出的，但是現在才開始有應用出現，如歐洲科技公司現在銷售的基于激光的QKD系統；我國用衛星成功得向兩個相距1200公里的陸基電臺發送量子密鑰。

對于這些應用，杜克大學物理系研究生Nurul Taimur Islam評價道：“這些系統普遍存在的問題是，他們只能以相對較低的速率傳輸密鑰，在幾十到幾百千比特/秒之間，對于大多數實際應用，尤其是上網，這一速度太慢。”

高速新型加密系統

近日，杜克大學、俄亥俄州立大學和橡樹嶺國家實驗室的科學家團隊宣布開發了一個新的系統，該系統使得量子加密技術更接近于大規模的使用。

對此，研究人員解釋道：“對于常見的攻擊，該技術保護下的系統是安全的，即使面對可能導致泄漏的設備缺陷，這項技術也是有效的。”

實驗中，研究人員通過調整釋放光子的時間和光子的相位屬性，實現了在每個光子上編碼兩位信息；隨后，他們將這一技術和一款高速探測器配合使用，使其系統的密鑰傳輸速度比其他方法快5到10倍。其中，這款高速探測器是由電氣和計算機工程專業的研究生Clinton Cahall和Duke的電氣和計算機工程教授Jungsang Kim開發的。

關于高速探測器這一設備，Gauthier表示：“我們采用的這個設備，它可以改變光子的某些附加屬性，使我們能夠獲得幾乎翻倍的安全關鍵速率。”

現有設備缺陷已被考慮在內

雖然理論上QKD是完全安全的，但是現實中，因為所有設備都是不完善的，所以這會使黑客利用設備的漏洞進行攻擊。

為了讓這一系統在大部分設備上都是安全的，研究人員仔細分析了他們使用的每件設備的局限性，然后，他們與新加坡國立大學的電氣和計算機工程教授Charles Lim合作，將這些實驗性缺陷納入理論中。

對此，Islam表示：“我們希望找出系統中的每個缺陷，并將這些缺陷放入系統的研究中，以確保我們的系統在大部分設備上運行都是安全的。”

關于如何利用現有的硬件來實現QKD加密傳輸？

他們表示：雖然發射機有些構造十分特殊，但所有組件目前都可以在市場上買到，并且用光子編碼的加密密鑰可以通過現有光纖線路發送。所以將發射機和接收機集成到當前的互聯網基礎設施中并不是什么難事。

對此，Islam也進一步表示：“除了單光子探測器之外，其他所有需要的設備都是存在的，而且在工程設計中，我們可能將整個發射器和接收器都安裝在與計算機CPU一樣大的盒子中。”

總結

據了解，他們的系統能夠以兆比特每秒的速率創建和分發加密碼，這比現有方法快五到十倍，并且當并行運行多個系統時，其運行速度與目前的網速相當。

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