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实现安全万物联网量子通讯技术或是对症下药

发布时间:2019-12-04 11:50:00

实现安全万物联 量子通讯技术或是对症下药

OF week物联讯:量子运算所带来的高安全性、传输距离无上限、畅通无阻的路径等愿景,替万物联(IoE)应用开拓无限可能。据Semiconductor Engineering站报导

,量子通讯(Quantum Communication;QC)的基本原理在于,可将量子状态在不同地点之间传输,而这也是未来超安全通讯路的基础。

理论上而言,当有人对量子进行测量或观察时,量子便会改变自身状态,因此可确保安全通讯,即使用最简单的二位元安全金钥也行,极适合万物联等应用平台。尽管目前离量子加密技术成熟阶段还远得很,不过该理论已广受讨论。

量子通讯最令人兴奋之处,在于量子金钥分配技术(Quantum Key Distribution;QKD)使得骇客无法进入系统取得金钥。QKD安全技术在独立量子态光子(photon)上进行随机资料编码,这些光子再透过量子通道进行传输。

若有骇客试图骇进导入QKD技术的系统,便会对量子系统本身状态造成改变,量子通道误码率(Bit Error Rate;BER)增加,并警告用户量子通道上有不速之客。

量子技术奠基于量子理论的二项基本定律,第一是波粒二象性原理(Wave-particle Duality Principle),指的是量子会同时呈现波动性与粒子性行为。不过,许多科学家也质疑波粒二象性的有效程度,认为这仅在某些情况下会有条件地出现,例如波函数崩陷(wave function collapse)或在二个量子进行互动时。

第二是不确定性原理(Uncertainty Principle),而这对于量子通讯攸关至极。这项理论指出,当对任何对量子特性进行测量时,量子的其他特性便会受影响,包括叠加(super position)等等。

过去10年,已有科学家成功建立量子通道。这些实验指出,加密金钥可分布于数十公里通道,用以保持量子缠结(quantum entanglement),以及建立安全通讯所必需的可观察特性。

未来科学家希望达到数万公里规模,希望至少能达到3.6万公里外的同步卫星。目前的最高纪录是144公里,而大陆与美国也正研究可达1万公里的光纤通道。

光子为基础的量子通讯最大挑战在于,光子会消失在量子通道当中。若中介为光纤,光子将被吸收或散落其中。而在雷射等自由空间(free-space)式媒介当中,则没有双折射(birefringence)作用。

尽管距离变大,光子仍面对背光强度高、扩散(diffusion)与吸收(absorption)、大气扰动(atmospheric turbulence)、去相干(decoherence)等问题。量子通讯技术得解决这些问题才能脱离测试阶段。

不过,量子通讯技术还有其他艰钜的挑战,包括传播通道隔绝措施,因为量子物件一旦与环境进行互动,便会失去量子性(quantumness)。而距离也将是一大问题,目前可望透过卫星转发器或无线光通讯技术(Free-Space Optics;FSO)解决,然而若发射至太空可能会出现其他阻碍。

一旦量子通讯技术成熟,即可在全球传输完全安全、防骇的讯息,影响所及,包括各国政府、军方,以及银行等商业组织还有万物联都将受益。此外,这些通讯可完全独立于际路之外。10年后的未来会有什么技术发展很难说得准,不过,在安全通讯方面预料将有很大的突破。

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