一個實施“不可破解”的量子密碼系統(tǒng)的新方法能夠以比以往的試驗快10倍以上的速率傳輸信息。
研究人員已經(jīng)開發(fā)出一個新方法，克服了量子密碼系統(tǒng)實施過程中的一個主要問題，這提高了實現(xiàn)一種可用的“不可破解”的方法的前景，用于發(fā)送隱藏在光粒子中的敏感信息。
從分束器同一輸出端口輸出的不可分辨的光子的描述。
通過將一個激光束“播種”到另一個激光束，來自劍橋大學(xué)和東芝歐洲研究中心的研究人員證明了，以比實際的量子密碼系統(tǒng)的早期嘗試高出兩到六個數(shù)量級的速度來分配加密密鑰是可能的。該結(jié)果在《NaturePhotonics》雜志上進(jìn)行了報道。
加密是現(xiàn)代生活的重要組成部分，使敏感信息可以安全地共享。在傳統(tǒng)的加密技術(shù)中，一條特定信息的發(fā)送者和接收者決定了密碼，或者是密鑰，因此只有那些知道密鑰的人才能將信息解密。但是隨著計算機(jī)越來越快和越來越強大，加密密碼變得越來越容易被破解。
量子密碼通過將信息隱藏在激光器發(fā)射出來的光粒子或光子中來保證“牢不可破”的安全性。在這種密碼學(xué)形式中，量子力學(xué)被用來隨機(jī)生成一個密鑰。發(fā)件人，通常被稱為Alice，通過偏振方向不同的偏振化光子來發(fā)送密鑰。收件人，通常被稱為Bob，采用光子探測器來測量光子的偏振方向，然后探測器將光子轉(zhuǎn)化為比特信息，其中，假設(shè)Bob以正確的順序使用了正確的光子探測器，他就能得到密鑰。
量子密碼的優(yōu)點是，如果攻擊者試圖攔截Alice和Bob的消息，密碼就會因量子力學(xué)的特性而改變自己。自從上世紀(jì)80年代第一次被提出以來，量子密碼給人帶來了實現(xiàn)具有牢不可破的安全性的可能。“在理論上，攻擊者也許可以擁有在物理定律下所有可能的力量，但他們?nèi)匀粺o法破解這種密碼，”論文的第一作者LucianComandar說，他是劍橋大學(xué)工程系和東芝劍橋研究實驗室的博士生。
然而，當(dāng)試圖構(gòu)建一個可用的系統(tǒng)時，量子密碼的問題就出現(xiàn)了。在現(xiàn)實中，這是一個來來回回的游戲：針對系統(tǒng)的不同組件的創(chuàng)造性攻擊在不斷地被開發(fā)，相應(yīng)地對抗攻擊的對策也在不斷的發(fā)展。
最經(jīng)常被黑客攻擊的組件是光子探測器，由于其高靈敏度和復(fù)雜的設(shè)計，通常是最易受攻擊的最復(fù)雜的組件。作為對攻擊探測器的回應(yīng)，研究人員開發(fā)了一種被稱為測量設(shè)備無關(guān)的量子密鑰分配（MDI-QKD）的新量子密碼協(xié)議。
在這種方法中，Alice和Bob不是每人都有一個探測器，取而代之是把他們的光子發(fā)送到一個稱為Charlie的中心節(jié)點。Charlie讓光子通過一個分束器并測量它們。這些結(jié)果可以揭露這些位之間的相關(guān)性，但不透露他們的數(shù)值，仍然保持秘密。在這個裝置中，即使Charlie試圖欺騙，信息仍將保持安全。
MDI-QKD已經(jīng)被實驗證明過，但其信息傳輸速度對于在現(xiàn)實世界中實際應(yīng)用來說太慢了，這主要是由于從不同的激光器產(chǎn)生無差別粒子上的困難。為了使其工作，通過Charlie的分束器發(fā)出的激光脈沖需要（相對）比較長，這將傳輸速率限制在了幾百位每秒（bps）或更少的水平。
這個由劍橋大學(xué)的研究人員開發(fā)的方法利用一種稱為脈沖激光播種的技術(shù)克服了這個問題，在這種技術(shù)中其中一個激光束將光子注入到另一個激光束。通過減少脈沖中的時間抖動的量使得激光脈沖對Charlie來說更加明顯，從而可以使用更短的脈沖。脈沖激光播種也能以非常高的速率隨機(jī)改變激光束的相位。在MDI-QKD裝置中使用這一技術(shù)的結(jié)果將使高達(dá)1Mbps的速度成為可能，代表著比以前的版本有了兩到六個數(shù)量級的提高。
“這個協(xié)議給了我們在非常高的時鐘速率下最高可能度的安全性，”Comandar說，“它也許指明了一條實際實施量子密碼的途徑。”
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