近日，英國布里斯托爾大學的量子通信研究者 Siddarth Koduru Joshi 和同事在《科學 - 進展》(Science Advances)雜志上發(fā)表了一項突破性進展，指出可以利用現有的通信基礎設施，擴展量子互聯網背后的

北京時間 9 月 8 日消息，新冠疫情期間，全世界有大量的人都只能在家工作，許多人也更加意識到，通過互聯網發(fā)送敏感信息存在著許多安全風險。信息科學家所能提出的最好方法，就是盡可能地讓你的信息很難被攔截(或者被黑掉)——盡管目前來看還不可能。

我們需要的是一種新型的互聯網：量子互聯網。在這個新的全球網絡中，數據是安全的，連接是隱私的，對信息被攔截的擔憂將成為過去。

近日，英國布里斯托爾大學的量子通信研究者 Siddarth Koduru Joshi 和同事在《科學 - 進展》(Science Advances)雜志上發(fā)表了一項突破性進展，指出可以利用現有的通信基礎設施，擴展量子互聯網背后的概念，從而使量子互聯網成為可能。

目前保護在線數據的方法是使用數學問題進行加密，如果你有一把解鎖的數字 “鑰匙”，就可以很容易解開數學問題，從而破解密碼;如果沒有這把 “鑰匙”的話，密碼就很難破解。然而，很難并不意味著不可能，只要有足夠的時間和計算能力，今天的加密方法都是可以破解。

相比之下，量子通信使用光的單個粒子(光子)來創(chuàng)建密鑰，而根據量子物理學原理，你不可能制造出精確的密鑰副本。復制這些密鑰的任何嘗試都將不可避免地導致可被檢測的錯誤。這意味著，無論黑客多么聰明、多么強大，也無論他們擁有什么樣的超級計算機，都無法復制量子密鑰或讀取加密的信息。

這一概念已經在衛(wèi)星和光纖電纜上得到驗證，并被用于在不同國家之間發(fā)送安全信息。那么，為什么我們還沒有在日常生活中使用它呢?答案是，實現這一概念需要昂貴的專門技術，意味著目前還無法擴展。

以往的量子通信技術就像成對的兒童對講機。每一對想要安全通信的用戶都需要一對手機。因此，如果 3 個孩子想要相互交談，他們就需要 3 對手機(或 6 個對講機)，每個孩子必須有兩對。如果 8 個孩子想要互相交談，他們就需要 56 個對講機。

顯然，對于那些想要通過互聯網進行交流的人來說，為每個人或每個網站配備單獨的設備是不現實的。因此，Siddarth Koduru Joshi 等人想出了一種方法，讓每個用戶只用一臺設備就可以安全地連接，這更像電話而不是對講機。

為了共享量子密鑰并確保通信安全，每個對講機都起著發(fā)射器和接收器的作用。在 Siddarth Koduru Joshi 等人的模型中，用戶只需要一個接收器，因為他們可以從中央發(fā)射器獲得光子來生成密鑰。

這是有可能的，因為量子物理學還有另一個原理——糾纏。一個光子不能被精確復制，但它可以與另一個光子糾纏在一起，這樣無論它們相距多遠，它們的行為在被測量時都是一樣的——這就是阿爾伯特 · 愛因斯坦所說的 “鬼魅般的遠距作用”。

完整的網絡

當兩個用戶想要通信時，中央發(fā)射器就會發(fā)送一對糾纏的光子，每個用戶一個光子。然后，用戶的設備對這些光子進行一系列測量，從而創(chuàng)建一個共享的量子密鑰。然后他們可以用這個密鑰加密他們的信息，并安全地進行傳送。

利用多路復用(multiplexing，一種常用的通信技術)，我們可以將這些糾纏的光子對有效地同時發(fā)送給多個組合的人。我們還可以向每個用戶發(fā)送許多信號，而這些信號可以同時被解碼。通過這種方式，對講機被有效地換成了一種更類似于多參與者視頻通話的系統，在這種系統中，你可以私下、獨立地與每個用戶進行通信，也可以同時通信。

到目前為止，Siddarth Koduru Joshi 等人通過連接一個城市的 8 個用戶，建立了一個這樣的網絡，對量子網絡的概念進行了測試。他們正在努力提高網絡的速度，并將多個這樣的網絡互連起來。已經有合作者開始使用他們的量子網絡作為測試平臺，對量子通信以外的幾個應用進行測試。

Siddarth Koduru Joshi 等人也希望在未來幾年內與商業(yè)伙伴在此技術基礎上開發(fā)出更好的量子網絡。通過這樣的創(chuàng)新，他們希望能在未來十年見證量子互聯網的興起。

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