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量子计算机来了,危机也来了,如何才能阻挡量子计算机的攻击?

科学家发现了一种新方法来保护数据免受量子计算机的攻击。正如科学家发表在《新物理学》期刊上的那样,随着量子计算机的兴起,我们不能再排除量子计算机将变得如此强大,以至于可以打破现有密码学的可能性。单一的光粒子已经被用来保护数据,但每个光子传输一位的速度很慢。Pepjn Pinkse领导了这项实验,将传输速度提高到每光子7比特,而且计算机使用密码学来保护通信安全。

例如,你的手机和银行之间转账的通信必须是安全的,以防止犯罪分子篡改信息并告诉银行将钱转账到不同的银行账户。从理论上讲,量子计算机可以打破现有的密码学。但直到现在,量子计算机可以做任何快速经典计算机做不到的事情的证明是杰出的,这一点我们称之为“量子霸权”。此前谷歌在《自然》期刊上发表论文声称这是“量子霸权”的实验证明,尽管其计算没有实际用途。然而,我们不能再排除量子计算机将变得如此强大,以至于它们能打破现有密码学的可能性。

因为有一些已知的量子算法打破了当今最常用的密码学方法。幸运的是,量子技术也提供了解决方案。利用量子密钥分发(QKD),可以在发送者和接收者之间安全地建立秘密密钥,这不是科幻小说。商业QKD系统可从几个供应商处获得,并且已经部署了基于空间的版本。标准的QKD系统使用单一的光粒子处于两种可能的状态之一,例如水平或垂直偏振。这将传输限制为每个光子一位,在某种意义上,光子被编码成只有两个字母的字母表:a和b。

科学家现在用一千多个字母增加了这个数字。这增加了对噪声的抵抗力,并潜在地提高了数据速率。通过在10^24个使用过的光子的可能位置,对量子信息进行编码来实现这一点。为了让攻击者很难看到发送的内容,会在两个不同的字母表之间随机切换编码。领导这项实验的Pepjn Pinkse解释说:这就像试图猜测两个会议室里在说什么。一个房间的会议语言是中文,另一个房间的会议语言是荷兰语,但你在进入之前并不知道。

如果一个说荷兰语的人选择了中文房间,他什么都不懂,尽管对于一个说中文的人来说,讲说是非常清楚的。在该方法中,发送者使用两种语言,并在它们之间随机切换。此外,接收者还可以在以一种语言或另一种语言收听之间进行切换。只有在语言一致的情况下,才能传达有用的信息。同时听两种语言是物理学基本定律所禁止的。研究人员将这项技术与非常微弱的光、视频投影仪芯片和现代单光子探测相机一起使用,证明了它们可以在每个光子上传输多达7个安全比特。

博科园|研究/来自:特文特大学

参考期刊《新物理学》

编辑:姚瑶