芝加哥擴(kuò)展并激活量子網(wǎng)絡(luò)，邁向安全的量子互聯(lián)網(wǎng)

北京時(shí)間6月17日消息（余予）芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院芝加哥量子交易所 (CQE) 的科學(xué)家們昨日宣布，他們首次將芝加哥市和郊區(qū)的實(shí)驗(yàn)室用量子網(wǎng)絡(luò)連接起來——幾乎是美國最長(zhǎng)量子網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)度的兩倍。芝加哥網(wǎng)絡(luò)即將向?qū)W術(shù)界和工業(yè)界開放，它將成為美國首批公開可用的量子安全技術(shù)測(cè)試平臺(tái)之一。

（圖源：CQE）

該網(wǎng)絡(luò)目前正在使用東芝提供的技術(shù)積極運(yùn)行量子安全協(xié)議，通過光纜在芝加哥和西郊之間以每秒超過8萬個(gè)量子比特的速度分發(fā)量子密鑰。東芝參與該項(xiàng)目，使芝加哥網(wǎng)絡(luò)成為學(xué)術(shù)界、政府和工業(yè)界之間的獨(dú)特合作。

研究人員將使用芝加哥網(wǎng)絡(luò)測(cè)試新的通信設(shè)備、安全協(xié)議和算法，最終將連接全國和世界各地的遠(yuǎn)程量子計(jì)算機(jī)。這項(xiàng)工作代表了邁向國家量子互聯(lián)網(wǎng)的下一步，這將對(duì)通信、計(jì)算和國家安全產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

在阿貢國家實(shí)驗(yàn)室于2020年啟動(dòng)的89英里（144 公里）量子環(huán)路的基礎(chǔ)上，建立了一個(gè)新的35英里（56 公里）擴(kuò)展。今天宣布的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在由六個(gè)節(jié)點(diǎn)和124英里（200公里）的光纖——在位于萊蒙特郊區(qū)的美國能源部阿貢國家實(shí)驗(yàn)室和芝加哥南部的兩座建筑物之間傳輸攜帶量子編碼信息的粒子，一棟在芝加哥大學(xué)校園，另一棟在芝加哥的CQE總部海德公園附近。它將芝加哥置于美國最大的量子網(wǎng)絡(luò)之一的中心，并進(jìn)一步鞏固了該地區(qū)作為全球領(lǐng)先的量子研究中心的地位。

“芝加哥量子網(wǎng)絡(luò)為研究人員提供了前所未有的機(jī)會(huì)，可以在現(xiàn)實(shí)世界環(huán)境中傳輸量子信息，并突破目前量子安全協(xié)議的可能性，”芝加哥大學(xué)Liew家族教授、芝加哥量子交易所主任、阿貢能源部國家量子信息科學(xué)研究中心Q-NEXT主任David Awschalom表示，“這一擴(kuò)展使來自學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和政府實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家能夠合作，推進(jìn)我們對(duì)量子通信的基本理解并開發(fā)一個(gè)安全的量子互聯(lián)網(wǎng)。”

“雖然這個(gè)網(wǎng)絡(luò)在其范圍內(nèi)令人印象深刻，但它作為如何使用量子網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)更為重要。我們期待與CQE合作，探索量子網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的開發(fā)，以新的、令人興奮和有用的方式將量子傳感器和計(jì)算機(jī)連接在一起，”波音公司顛覆性計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)團(tuán)隊(duì)首席科學(xué)家Jay Lowell表示。

量子計(jì)算機(jī)的興起代表著巨大的機(jī)遇，也代表著根本性的威脅。一旦投入使用，它們有望解決普通計(jì)算機(jī)幾乎不可能解決的各種問題，從而輕松破解當(dāng)前加密。今年4月，美國議會(huì)議員推出《量子網(wǎng)絡(luò)安全準(zhǔn)備法案》，該法案優(yōu)先考慮及時(shí)對(duì)敏感信息進(jìn)行防量子加密，以便不法分子現(xiàn)在無法竊取數(shù)據(jù)，但在更強(qiáng)大的量子計(jì)算機(jī)成為現(xiàn)實(shí)時(shí)對(duì)其進(jìn)行解密。

科學(xué)家們認(rèn)為，量子網(wǎng)絡(luò)可以利用量子力學(xué)定律變得幾乎“不可破解”。世界各地的專家一致認(rèn)為，量子安全通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施是21世紀(jì)最重要的技術(shù)前沿之一。

可以使用量子密鑰分發(fā)來實(shí)現(xiàn)防黑客加密，這是與東芝合作于2022年6月6日在芝加哥地區(qū)量子網(wǎng)絡(luò)上激活的量子安全技術(shù)。密鑰分發(fā)是大多數(shù)互聯(lián)網(wǎng)安全的常規(guī)部分，但量子技術(shù)可以使其幾乎不受黑客攻擊。在量子密鑰分發(fā)中，秘密數(shù)字密鑰使用量子安全協(xié)議在傳遞敏感數(shù)據(jù)的各方之間分發(fā)。量子密鑰通過光粒子通過光纖網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，利用光子的量子特性對(duì)構(gòu)成密鑰的比特進(jìn)行編碼。任何攔截光子的嘗試都會(huì)破壞它們所持有的信息。

這種不可破解的通信在任何地方都有應(yīng)用，其中安全通信特別重要，包括金融、國防、投票等行業(yè)。

“隨著網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)的開始，我們很高興繼續(xù)與芝加哥量子交易所合作，”東芝數(shù)字解決方案副總裁Yasushi Kawakura表示，“我們開發(fā)量子防護(hù)技術(shù)以主動(dòng)防御來自量子未來的威脅至關(guān)重要。”

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