量子加密竞赛展开，中国领先

编译 胡德良

量子交换公司的埃里克·海伊（Eric Hay）正在曼哈顿和纽瓦克之间建立量子加密链路

从谷歌到中国的阿里巴巴，世界领先的科技公司正在展开竞赛，争先恐后地建造第一台量子计算机，这种计算机比现在的计算机功能要强大得多。然而，这种设备可能会破坏保护数字信息的加密技术。因此，从数十亿美元的电子商务信息到存储在政府数据库中的国家机密，一切数据都面临风险。

解决办法是什么？相关的加密技术有赖于物理世界中的相同概念。正如一些科学家正在研究量子计算机一样，其他科学家正致力于量子安全技术的研究，以降低量子计算机未来破解代码的能力来保护数据。

这是一场具有国家安全意义的竞赛，虽然建造量子计算机仍然是各国追求的目标，但中国在量子加密方面拥有明显的领先优势。就像对待人工智能等其他尖端技术一样，中国政府也对各种量子研究予以优先考虑。

前橡树岭国家实验室研究员邓肯·厄尔（Duncan Earl）说 ：“为了拥有这项技术，中国有一个深思熟虑的策略。如果我们等上5年或10年时间再来发展这项技术就太晚了！”目前，厄尔是Qubitekk公司的总裁兼首席技术官，该公司是一家正在探索量子加密技术的企业。

量子计算是以量子力学为基础的，量子力学是解释极小物质粒子所表现出的奇怪行为的科学。对于传统的计算机来说，晶体管存储信息用“比特”表示，每个比特非1即0，这些是用来告诉计算机该做什么的基本数据片断。当某些物质极小或极冷时，它们的特性会有所不同。这种不同可以通过量子比特（qubit）来存储1和0的组合，两个量子比特一次可以容纳4个值。随着量子比特数量的增加，量子计算机的威力就会以指数方式增强。

跟量子计算一样，量子加密也依赖于非常微小的物质所表现出的非直观特性。数据保密的代码是由光子（最微小的光粒子）发送的。类似于阿司匹林瓶上的封印，使用适当的设备就很容易判断它们是否遭到篡改。如果使用得当，该保密技术可能是不可破解的。

然而，目前无法保证能够跨越长距离构建可行的量子加密网络。但如果真的可以，中国愿意进行试验，并将政府、学术界和产业界的资源投入其中，而且可能会带来巨大的回报。

芝加哥大学的一个量子研究机构正在研究可以扩大加密范围的设备，这种设备称为量子中继器

大卫·奥沙隆负责监管芝加哥大学量子研究的大部分工作

中国投入了数千万美元，建设能够利用量子加密传输数据的网络。2017年，一颗名为“墨子”号的中国卫星利用量子加密技术在北京和维也纳之间完成了视频通话。目前，量子加密只能在有限的距离内运行，最远的纪录就是北京到维也纳之间的4 630英里。经过4年的规划和建设，北京和上海之间的专用量子通信网络也于2017年投入运营。

在中国对量子加密技术的投资中，“墨子”号卫星得到了最多的关注。政府支持中国科技大学，这所大学推出了“墨子”号人造卫星，带头创建了跨越1 200英里的地面网络，这可能暗示着中国有大幅改善加密通信的目标。

光纤网络经过安徽和山东两省，两地政府为该项目共投入8 000万美元。如同中国其他所有的重大基础设施项目一样，这些计划得到了中国政府的大力支持。网络主线正在扩展到其他地区和城市，目标是到2030年创建一张中国建造的、全球共享量子加密密钥的网络。

一些安全专家对量子加密的有效性提出质疑。该技术如此新颖，还没有经过任何较严格的测试，难以得到持怀疑态度的密码学家的认可。

但是，中国科技大学物理学教授陆朝阳表示，京沪量子网络经过了重大升级。通过传统方式进行通信，窃听者可以在光纤线路的任何点位截取数据流，可以在任何地点窃听这条线路上的信息。量子加密将京沪线1 200英里跨度上的薄弱点数量减少到仅仅几十个。陆教授称：“我们承认这是一个暂时的解决方案，而不是最终方案，但它在安全方面已经有了巨大的进步。”

在美国，政府和产业界认为量子加密只不过是科学实验而已。相反，研究人员专注于使用数学方法来构建能够匹配量子计算机的新型加密，这种技术不需要新的基础设施。但是，目前在中国研究活动和量子研究最新进展的推动下，美国的一些企业正在追赶上来。

南加州初创企业Qubitekk正在努力利用该技术来确保田纳西州的电网安全；还有一家初创企业量子交换（Quantum Xchange）正在东北部建立量子加密网络，希望为华尔街银行和其他企业提供服务；长岛石溪大学的研究人员正在准备创办另外一家企业。

像Qubitekk这样的小型初创企业，不可能跟中国已经为量子加密创建的、投资了数百万美元的基础设施相比。但许多专家认为，实验室里将会进行更重要的工作，而且能源部也正在为芝加哥的网络测试提供资金，这可能会削弱中国部署的那种加密系统。洛斯阿拉莫斯国家实验室和橡树岭国家实验室也正在与Qubitekk公司合作，通过量子技术来保证电网的安全。

量子交换公司正在曼哈顿和纽瓦克之间建立量子加密链路，并计划将两个城市的大型银行联接起来。最终，公司希望将这个网络延伸至整个东海岸。

芝加哥大学的研究人员希望更进一步，探索所谓的量子中继器，这种设备可以扩大量子加密的范围。芝加哥大学教授大卫·奥沙隆（David Awschalom）负责监管该大学量子研究的大部分工作，他说：“我们还没研究到那一步，但是我相信在未来几年能够实现。”

量子通信技术需要新的硬件，包括大量的光纤线路网，可能还有卫星以及能够探测单个光子的专用设备。

随着量子加密网络的开发，Qubitekk公司已经无法购买到完成工作所需的特殊光探测器。最初，这家公司从新泽西州的一家小型制造商——普林斯顿光波公司购买探测器。但是在2018年4月，这家制造商将探测器业务交给了中国的润铭宇公司，因而对Qubitekk公司的供应出现中断。润铭宇公司已经承诺向Qubitekk公司提供硬件，但是最近又告知Qubitekk公司，由于生产问题暂时无法供应额外的探测器。欧洲的小型公司也在销售类似的探测器，全球的实验室正在开发更加先进的硬件。但就目前而言，供应十分有限，尤其是在美国。

资料来源 The New York Times