量子計(jì)算承諾計(jì)算速度達(dá)到以前無法想象的閾值。在這個大數(shù)據(jù)和新的數(shù)據(jù)驅(qū)動的科學(xué)發(fā)現(xiàn)的世界中，擁有可訪問的量子計(jì)算技術(shù)有許多實(shí)際好處。然而，當(dāng)前一代的安全代碼和密碼學(xué)依賴于具有現(xiàn)代能力的計(jì)算機(jī)需要太多處理時間才能成為威脅的原則。即將推出的量子計(jì)算機(jī)并非如此，需要一種新的密碼技術(shù)制度來為銀行、醫(yī)療保健、政府和軍事系統(tǒng)提供安全性。

根據(jù)俄亥俄州立大學(xué)物理學(xué)教授 Daniel Gauthier 的說法，我們現(xiàn)在很可能擁有一臺功能正常的量子計(jì)算機(jī)，它可能能夠在不久的將來開始破解現(xiàn)有的密碼代碼。“我們現(xiàn)在真的需要認(rèn)真思考可以用來保護(hù)互聯(lián)網(wǎng)安全的不同技術(shù)，” Gauthier 說。

來自美國幾所大學(xué)和新加坡一所大學(xué)的研究人員一直在努力開發(fā)一種商業(yè)上可行的方法來阻止量子計(jì)算機(jī)帶來的安全問題。他們的解決方案是使用其他量子現(xiàn)象來提供可證明安全和高速的量子密鑰分發(fā)。與許多影響深遠(yuǎn)的研究項(xiàng)目不同，這些研究人員使用商用現(xiàn)成組件構(gòu)建了他們的系統(tǒng)，并利用了一種協(xié)議，該協(xié)議也可用于自由空間量子通道，而不僅僅是光纖和基于基礎(chǔ)設(shè)施的量子通道。

該小組尋求解決的主要問題之一是早期量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的低密鑰生成率，這比傳統(tǒng)的密鑰分發(fā)系統(tǒng)慢幾個數(shù)量級。由于密鑰生成率如此之低，早期系統(tǒng)不適合與許多高數(shù)據(jù)速率通信過程一起使用。其他先前的工作以基于超導(dǎo)納米線單光子探測器和量子比特（量子比特）的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)為特色，這提高了但仍然限制了密鑰生成速率。

“在這樣的速率下，量子安全加密系統(tǒng)無法支持一些基本的日常任務(wù)，例如托管加密電話或視頻流，”杜克大學(xué)物理學(xué)研究生 Nurul Tamir Islam 說。

與早期的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)相比，這項(xiàng)最新研究提出使用高維 （d》2） 量子態(tài)或“qudits”，以提供更大的魯棒性和更高的效率。Qudit 提出了一個有趣的承諾，因?yàn)榭梢栽?qudit 上編碼的位數(shù)是無限的，與 d 成對數(shù)縮放。Qudits 還可用于提高受單光子探測器飽和限制的系統(tǒng)中的密鑰生成率，并且 Qudits 具有更強(qiáng)的量子通道噪聲抵抗能力，與基于量子位的系統(tǒng)相比，它允許更低的誤碼率。

“它改變了光子的這些額外屬性，使我們能夠?qū)@得的安全密鑰速率幾乎提高一倍，如果我們沒有這樣做的話，”以杜克大學(xué)物理學(xué)教授的身份開始這項(xiàng)工作的Gauthier 說在搬到俄勒岡州立大學(xué)之前。

這種新的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的安全性基于 qudits 的熵不確定性關(guān)系，這是一種最近開發(fā)的技術(shù)。這個新過程為相互無偏的狀態(tài)啟用了有限密鑰邊界，因此相對于連貫攻擊是安全的。使用三強(qiáng)度誘餌狀態(tài)方法估計(jì)單光子統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并提取密鑰，可提取密鑰長度的界限由測量數(shù)據(jù)確定。

“我們想找出系統(tǒng)中的每一個實(shí)驗(yàn)缺陷，并將這些缺陷納入理論，這樣我們就可以確保我們的系統(tǒng)是安全的，并且沒有潛在的旁道攻擊，” Islam 說。“所有這些設(shè)備，除了單光子探測器，都存在于電信行業(yè)，通過一些工程，我們可能可以將整個發(fā)射器和接收器安裝在一個計(jì)算機(jī) CPU 一樣大的盒子里。”

鑒于量子計(jì)算對傳統(tǒng)密碼學(xué)和安全技術(shù)的威脅，需要更多的研究工作來實(shí)現(xiàn)商業(yè)上可行的系統(tǒng)來保護(hù)關(guān)鍵信息。如果這些加密系統(tǒng)可以在可訪問的量子計(jì)算出現(xiàn)之前提供，我們可以避免即使是最安全的傳統(tǒng)加密技術(shù)也很容易被黑客入侵的時代。