量子网络解析：超安全网络的未来
发布时间：2025-8-26 17:26
发布者：eechina
【IEEE好文分享】
随着量子计算的发展，现有的加密技术面临被破解的风险，因此量子网络成为保障未来通信安全的解决方案。欧洲研究人员利用现成部件，成功发送了超过250公里的量子信号。该项目凸显了量子通信和量子密钥分发（QKD）的可行性，而各国政府也在为未来量子计算机可能破解现有加密算法的时代做准备。 2025年初，欧洲研究人员实现了250公里的量子信号传输。这一成就令人瞩目的原因有很多，其中包括：尽管量子系统通常需要低温冷却，但该项目使用的是现成部件和商用电信网络（https://spectrum.ieee.org/quantu ... on-commercial-fiber）。 此外，这也标志着量子密钥分发技术发展的一个重要里程碑，为构建超高安全性的量子网络奠定了基础 —— 这类网络能够检测窃听者，且极难被黑客攻击。 什么是量子通信？ 量子通信利用量子物理学的奇特特性 —— 量子粒子的行为方式似乎违背了经典物理学定律 —— 以一种与传统网络截然不同的根本方式传递信息。 “量子通信并非通过电线传输电信号或通过空气传输无线电波，”IEEE高级会员Shaila Rana表示，“而是发送经过特殊制备、处于量子态的单个光粒子，即光子。” 如今的在线加密是如何运作的？ 量子密钥分发是量子通信工具箱中最重要的工具。但要理解其重要性，你得先了解当今互联网运作的一些基本原理。 当你在网上购物时，发送给零售商的信用卡信息会被加密（即打乱信息顺序）。但在交易发生之前，你的电脑和零售商需要先约定一个用于加密的密钥 —— 可以把这个密钥想象成一个密码。如果有人获取了这个密钥，就能解密信息并窃取你的信用卡信息。那么，你的电脑和零售商是如何安全地共享这个密钥，避免被他人拦截的呢？ 他们采用一种名为公钥加密的技术，这涉及两个数学上相互关联的密钥。其中一个是公钥，可公开获取，但仅能用于加密信息；另一个是私钥，仅由零售商持有，且只能用于解密信息。 这种安全分发密钥的方法最早于1975年在英国被开发出来，最初用于国家安全领域。它的出现早于互联网，不过由于高度保密，发明者在20多年的时间里都不能对外谈论这项技术。后来，其他研究人员独立研发出了类似版本，将其用于商业用途。 当零售商使用自己的私钥解密你的密钥后，你们双方就拥有了相同的秘密信息。之后，零售商便能使用这个密钥，在收到你的信用卡信息后对其进行解密。虽然窃听者有可能截获加密后的信用卡信息，但这种加密方式的安全性建立在极其复杂的数学问题之上 —— 如果没有密钥，普通计算机可能需要数年时间才能破解。 为什么量子密钥分发更具优势？ 然而，量子计算机或许能极快地解密这些信息。面临风险的不仅是信用卡信息，还包括各国政府和大型企业持有的各类敏感数据。尽管目前还没有已知的、足够强大到能破解加密信息的量子计算机，但许多专家认为，这一里程碑可能会在2030年前实现。 因此，科学家和研究人员正急于寻找改进加密方法的途径，而量子密钥分发便是其中之一。 借助量子密钥分发技术，发送方和接收方可以在不安全的信道上共享随机的秘密密钥，这些密钥通常被编码在光子中。然而，由于量子力学的奇特特性，如果有人试图拦截量子信号，对其进行测量的行为会干扰量子态，从而向发送方和接收方发出警报。 “当前的加密技术依赖于难解的数学问题，而量子安全则基于基本的物理定律，” Rana说，“从概念上讲，这完全不同，想起来确实很不可思议！” 量子倒计时 量子计算机和量子通信要成为我们生活中的常规组成部分，仍需数年甚至数十年的时间。 Rana表示，尽管研究人员已经证明远距离传输量子信号是可行的，但 “在整合现有互联网基础设施和扩展传输范围方面，仍存在许多技术障碍”。 此外，尽管过去几年取得了显著进展，量子计算机仍处于初级阶段，其运行需要超稳定、超低温的环境。即便量子计算机被成功研制出来，低级别的网络诈骗者可能在数十年内都无法接触到这类设备。 而且，量子技术的全面推广也不会一蹴而就。 “对于普通人来说，关键基础设施可能会在5到10年内采用量子安全通信，而处理敏感数据的企业则可能在10到20年内将量子安全技术应用于高价值通信，”Rana说。 消费类设备或许会融入量子安全功能，但未来数十年，日常通信很可能仍会依赖传统技术。 “确切预测很难，”Rana表示，“如今技术发展太快了。” 了解更多：来自世界各地的通信工程师在IEEE通信协会的这个视频合集里分享了他们开创性的研究和职业故事。这是一个了解通信技术创新不同视角的好机会：https://www.youtube.com/playlist ... QINm_0E5zpdyhYL6jdD。 |
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