防止量子計算機被攻擊，我們該做些什么

（文章來源：新華網(wǎng)）

科學家發(fā)現(xiàn)了一種新方法來保護數(shù)據(jù)免受量子計算機的攻擊。正如科學家發(fā)表在《新物理學》期刊上的那樣，隨著量子計算機的興起，我們不能再排除量子計算機將變得如此強大，以至于可以打破現(xiàn)有密碼學的可能性。單一的光粒子已經(jīng)被用來保護數(shù)據(jù)，但每個光子傳輸一位的速度很慢。Pepjn Pinkse領導了這項實驗，將傳輸速度提高到每光子7比特，而且計算機使用密碼學來保護通信安全。

例如，你的手機和銀行之間轉(zhuǎn)賬的通信必須是安全的，以防止犯罪分子篡改信息并告訴銀行將錢轉(zhuǎn)賬到不同的銀行賬戶。從理論上講，量子計算機可以打破現(xiàn)有的密碼學。但直到現(xiàn)在，量子計算機可以做任何快速經(jīng)典計算機做不到的事情的證明是杰出的，這一點我們稱之為“量子霸權”。此前谷歌在《自然》期刊上發(fā)表論文聲稱這是“量子霸權”的實驗證明，盡管其計算沒有實際用途。然而，我們不能再排除量子計算機將變得如此強大，以至于它們能打破現(xiàn)有密碼學的可能性。

因為有一些已知的量子算法打破了當今最常用的密碼學方法。幸運的是，量子技術也提供了解決方案。利用量子密鑰分發(fā)(QKD)，可以在發(fā)送者和接收者之間安全地建立秘密密鑰，這不是科幻小說。商業(yè)QKD系統(tǒng)可從幾個供應商處獲得，并且已經(jīng)部署了基于空間的版本。標準的QKD系統(tǒng)使用單一的光粒子處于兩種可能的狀態(tài)之一，例如水平或垂直偏振。這將傳輸限制為每個光子一位，在某種意義上，光子被編碼成只有兩個字母的字母表：a和b。

科學家現(xiàn)在用一千多個字母增加了這個數(shù)字。這增加了對噪聲的抵抗力，并潛在地提高了數(shù)據(jù)速率。通過在10^24個使用過的光子的可能位置，對量子信息進行編碼來實現(xiàn)這一點。為了讓攻擊者很難看到發(fā)送的內(nèi)容，會在兩個不同的字母表之間隨機切換編碼。領導這項實驗的Pepjn Pinkse解釋說：這就像試圖猜測兩個會議室里在說什么。一個房間的會議語言是中文，另一個房間的會議語言是荷蘭語，但你在進入之前并不知道。

如果一個說荷蘭語的人選擇了中文房間，他什么都不懂，盡管對于一個說中文的人來說，講說是非常清楚的。在該方法中，發(fā)送者使用兩種語言，并在它們之間隨機切換。此外，接收者還可以在以一種語言或另一種語言收聽之間進行切換。只有在語言一致的情況下，才能傳達有用的信息。同時聽兩種語言是物理學基本定律所禁止的。研究人員將這項技術與非常微弱的光、視頻投影儀芯片和現(xiàn)代單光子探測相機一起使用，證明了它們可以在每個光子上傳輸多達7個安全比特。

（責任編輯：fqj）