Arthur Herman：关于量子，欧洲清晰而我们还纷歧明确的 | 墨子沙龙

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导读

中国人很清晰这一点；他们正在推进QKD技能以增强他们的网络，来反抗将来的量子盘算机。

本文翻译自作者近期颁发在www.forbes.com网站上的文章“What Does Europe Know About Quantum We Don’t? ”。

标题中的“我们”指美国。

亚瑟·赫尔曼：哈德逊研究所（Hudson Institute）高级研究员和量子同盟发起（Quantum Alliance Initiative）主任，也是《量子盘算：怎样应对国度宁静危险》（哈德逊研究所，2018年8月）的合著者。他是普利策奖入围者，著有9本书，包罗《自由的铸造：美国企业怎样在二战中取得成功》（2012年）；《1917年：列宁、威尔逊与新天下杂乱的诞生》（2017年）；《纽约时报》脱销书《苏格兰人怎样制造当代天下》（2001）。

在拜登总统访问欧洲时，他真应该停下来认真看看欧盟及一些欧洲国度和试验室正接纳什么步伐来防备将来的量子盘算机打击——这是这个专栏在已往两年里一向在夸大的一个威胁。

当美国将全部的量子宁静筹码都押注在后量子暗码学（PQC）上，也便是科学家和暗码学家盼望基于数学算法可以或许抵挡将来的量子盘算机打击时，欧洲的科学家、公司和官方机构则在投资一项使用量子科学自己来爱护如今和将来几十年的数据和网络的技能。

量子暗码学。图中，在量子暗码装置中，反射在镜子中的是观看者的眼睛。量子暗码学基于胶葛道理，胶葛是一对粒子的一种特性，此中一个粒子的改变会对另一个粒子孕育发生瞬时影响，而不管它们相距多远。在这种情形下，暗码学是指对数据举行编码，以便只有指定的用户才气访问它。假如数据的发送者和吸收者共享胶葛，那么任何数据都只能由他们单独读取。这比现有的加密要领更宁静，大多数现有的加密要领依靠于数学算法。摄于奥地利维也纳大学Anton Zeilinger的试验室。（GETTY供图）

2018年10月，欧盟委员会启动了“量子技能旗舰打算”的第一阶段。这一耗资10亿欧元、为期10年的打算，旨在会合资源往更多范畴推进量子技能。此中一项使命包罗构建基于量子密钥分发（QKD）的将来通讯网络，QKD是一种使用量子力学道理举行暗码学的技能。

正是基于QKD，形成了欧洲“量子互联网”的第一步。将来的“量子互联网”是要把量子盘算机、量子模仿器和量子传感器毗连起来，以实现信息与量子资源的宁静分发。

本年3月，七个欧友邦家（比利时、德国、意大利、卢森堡、马耳他、荷兰和西班牙）的代表签订了一项协议，在将来十年内开辟与摆设一套高出欧盟的基于量子的防黑客通讯底子办法（QCI）。克罗地亚、塞浦路斯、希腊、法国、立陶宛、斯洛伐克、斯洛文尼亚、瑞典和芬兰也同意互助设置装备摆设QCI。

与此同时，我国【注：指美国】国度宁静局客岁公布了一份文件，不假思考地发起放弃QKD技能。国度尺度与技能研究所（NIST）对将来量子盘算机打击的办理方案也是完全专注于后量子暗码学——只管这些算法尚未针对一台大标准量子盘算机而被验证过（由于如许的量子盘算机现在还不存在）。

固然由QKD技能提供的量子宁静性已被证明取决于物理学自己的性子，不知为何美国官方仍旧对基于量子的数据爱护要领和网络云云敏感。与经典物理差别，量子物理素质上是随机的。作为QKD办理方案的底子，量子随机数产生器（QRNG）集成了量子物理的随机性，来为无法被破解的消息和数据加密提供真正的随机数。我们可以将其看作是超等特工的一次性暗码本，任何暗码破解者都无法将其破解。

通过将QRNG集成到为用户提供的随机天生的加密密钥中，量子密钥分发技能将可以或许提供更恒久的宁静性。用户之间的通讯依靠于分发一串用于加密消息的奇特密钥。该密钥是完全随机的，且只利用一次。QKD可以或许在迢遥的用户之间长途创建如许一串密钥，而这串密钥则可永远抵挡传统黑客和量子盘算机的打击。简直，一旦有人试图通过经典或量子黑客来粉碎毗连，用户将能马上检测到窃听并停止通讯。

这听起来很异想天开？然而究竟上，诸多QKD技能公司已经在以宁静性可证的方法摆设这项技能。

这此中包罗瑞士的IDQuantique公司，该公司是制造量子随机通讯产物的行业领军者。很多IDQuantique的产物被韩国SK电讯公司（SKT）用于其5G网络的用户认证中间。SKT还将把QKD技能应用到首尔-大田的LTE和5G网，以防备黑客打击和窃听。

固然，不但有欧洲和韩国公司致力于QKD这项技能。澳大利亚公司QLabs拥有一个基于QRNG的qStream产物体系，正被用于爱护云中数十亿份高度敏感的执法文档。一家名为Quantum Xchange的美国公司则使用QKD为华尔街的金融市场和新泽西的运营背景之间提供一对多用户的传输，而美国能源部的试验室与一些日本研究组也在举行雷同的试验 。

现在，有用的QKD体系限于百公里左右的间隔。不外，采纳可信中继来毗连QKD设置装备摆设的可扩展架构有望实现QKD的大范围应用。使用量子专属光纤也可增大QKD的传输间隔。2018年7月，日内瓦大学的Alberto Boaron及其同究竟现了凌驾400公里光纤的QKD传输间隔，每秒成码率高达6.5 kbps。

北京，2017年1月18日（新华社）--2016年12月9日拍摄的合成照片所表现的卫星-地球链接，这一链接创建于量子卫星“墨子号”和中国西藏阿里的量子隐形传态试验平台之间。颠末4个月的在轨测试，天下上第一颗量子卫星“墨子号”投入利用。中国于2016年8月16日放射了这颗卫星，其名称泉源于公元前5世纪的一位中国哲学家、科学家。(新华社发/金立旺摄）

通过QKD来实现不行克隆的加密密钥的互换，这必将成为全部高代价数据网络宁静的基石。这包罗自由空间的QKD，此中量子信号可更自由地传输。中国科学家在2016年放射量子卫星“墨子号”时证明白这一点，该卫星可利用QKD技能与多个地面站点举行通讯。

最紧张的是，QKD技能为将来的量子盘算机打击提供了一个基于硬件的办理方案，而QRNG则提供了一种可证明的且现在可用的保密链接。

中国人很清晰这一点；他们正在推进QKD技能以增强他们的网络，来反抗将来的量子盘算机。这就提出了一个题目：我们究竟纰漏了哪些中国人和欧洲人对付量子暗码学将来进展轨迹的了解？

后量子暗码学（PQC）如今是且将仍旧是至关紧张的第一道防地。但如今是美国当局专心思量QKD等量子暗码学这一选项的时间了，不要让中国或我们的欧洲盟友为量子期间构建我们所选择轻忽的宁静架构。

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配景简介：本文2021年7月11日颁发于微信民众号 墨子沙龙（Arthur Herman：关于量子，欧洲清晰而我们还不明确的），风云之声获授权转载。

责任编辑：陈昕悦