研究人员利用量子密钥创造了新的安全信息传输距离纪录：100公里

德国电信大学的研究团队通过 100 公里长的光纤电缆，成功地安全分发了量子加密密钥。资料来源：德国技术大学

丹麦科技大学（DTU）的科学家通过连续可变量子密钥分发（CV QKD）技术分发量子安全密钥，在安全通信领域取得了突破性进展。该团队创造了一项新纪录，使该技术的有效距离达到了前所未有的 100 公里，这是 CV QKD 技术所能达到的最远距离。这种方法的优势在于它可以应用于现有的互联网基础设施。

量子计算机对现有的基于算法的加密技术构成了威胁，目前这种加密技术可以确保数据传输不被窃听和监视。目前，量子计算机还没有强大到足以破解这些加密算法的地步，但这只是时间问题。如果量子计算机成功破解了最安全的算法，那么它就为所有通过互联网连接的数据敞开了大门。这加速了基于量子物理学原理的新加密方法的开发。

但要取得成功，研究人员必须克服量子力学的一个难题--确保较长距离内的一致性。迄今为止，连续可变量子密钥分发技术在短距离内最有效。

"我们实现了一系列改进，尤其是在沿途光子损耗方面。在这次发表在《科学进展》（Science Advances）上的实验中，我们通过光缆将量子加密密钥安全分发了 100 公里。"德国技术大学副教授托比亚斯-盖林（Tobias Gehring）说："这是使用这种方法的创纪录距离。"他与德国技术大学的一组研究人员的目标是能够通过互联网在全球范围内分发量子加密信息。"

来自光量子态的密匙

当数据需要从 A 发送到 B 时，必须对其进行保护。加密将数据与发送方和接收方之间分发的安全密钥结合起来，这样双方都能访问数据。在数据传输的过程中，第三方一定不能找出密钥，否则，加密就会被破坏。因此，密钥交换对数据加密至关重要。

量子密钥分发（QKD）是研究人员正在研究的一种用于重要交换的先进技术。该技术利用量子力学粒子（称为光子）发出的光来确保加密密钥的交换。

研究小组：（前排）Adnan A.E. Hajomer、Nitin Jain、Ulrik L. Andersen（后排）Ivan Derkach、Hou-Man Chin、Tobias Gehring。资料来源：德国技术大学

当发送者发送用光子编码的信息时，光子的量子力学特性就会被利用，为发送者和接收者创建一个独一无二的密钥。其他人试图测量或观察量子态光子时，会立即改变光子的状态。因此，物理上只有通过干扰信号才能测量光。

"不可能复制量子态，就像复制一张 A4 纸一样--如果你尝试复制，那将是一个低劣的副本。这就是无法复制密钥的原因。"托比亚斯-盖林解释说："这可以保护健康记录和金融部门等关键基础设施免遭黑客攻击。

通过现有基础设施工作

连续可变量子密钥分发（CV QKD）技术可以集成到现有的互联网基础设施中。使用这项技术的优势在于可以建立一个类似于光通信的系统。互联网的支柱是光通信。它通过光导纤维中的红外线发送数据。光导纤维的作用是在电缆中铺设光导，确保我们能在全球范围内发送数据。通过光纤电缆发送数据的速度更快、距离更远，而且光信号不易受到干扰，技术术语称之为噪音。

"这是一项已经使用了很长时间的标准技术。因此，你不需要发明任何新东西就能用它来分发量子密钥，而且它还能大大降低实施成本。而且，我们可以在室温下工作，"托比亚斯-盖林解释说："但 CV QKD 技术在较短的距离内效果最佳。我们的任务是增加距离。100公里是朝着正确方向迈出的一大步"。

研究人员通过解决限制他们的系统在更远距离上交换量子加密密钥的三个因素，成功地增加了距离。机器学习提供了对影响系统的干扰的早期测量。这些干扰被称为"噪音"，例如，电磁辐射会扭曲或破坏正在传输的量子态。较早地检测到噪声可以更有效地减少其相应的影响。此外，研究人员还能更好地纠正因噪音、干扰或硬件缺陷而可能出现的错误。

"在我们即将开展的工作中，我们将利用这项技术在丹麦各部委之间建立一个安全通信网络，以确保他们的通信安全。我们还将尝试在哥本哈根和欧登塞等地之间生成秘密密钥，使在这两个城市都设有分支机构的公司能够建立量子安全通信，"托比亚斯-盖林说。

编译自:ScitechDaily