东芝在芝加哥建成近公里长的量子密钥分发网络

东芝在芝加哥建成近200公里长的量子密钥分发网络

当地时间6月16日，美国芝加哥量子交易所(CQE)的科学家宣布首次使用量子密钥分发网络(QKD)连接芝加哥及其郊区的实验室。目前，东芝已经在这个近200公里长的量子密钥分发网络中进行了量子安全实验。

图片来自美国芝加哥量子交易所(CQE)

芝加哥量子交易所(CQE)位于芝加哥大学。它由芝加哥大学、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校、西北大学、威斯康星大学麦迪逊分校、费米国家加速器实验室和美国能源部阿贡国家实验室共同创建。
此前，日本综合电子电器公司东芝(Toshiba)和芝加哥量子交易所(Chicago Quantum Exchange)在今年4月宣布，他们将使用东芝的多路复用QKD单元启动量子密钥分发网络链接，将芝加哥大学与美国能源部阿贡国家实验室(ANL)连接起来。
目前，芝加哥量子密钥分发网络的长度已经扩展到124英里，约200公里，是之前美国最长的QKD网络长度的近两倍。这个QKD网络由6个节点和124英里长的光纤组成。它在莱蒙特郊区的美国能源部阿贡国家实验室和芝加哥南部的两栋建筑之间传输携带量子编码信息的粒子。这两座建筑分别位于芝加哥海德公园附近的芝加哥大学校园和CQE总部。
据报道，芝加哥QKD网络将很快向学术界和相关行业开放，并将很快成为美国首批开放的量子安全技术测试平台之一。该网络使用东芝提供的技术主动运行量子安全协议，通过光纤以每秒8万多量子比特的速度在芝加哥和西郊之间分发量子密钥。东芝参与这个QKD网络项目也标志着学术界、政府和工业界在量子QKD网络方面的合作。
研究人员将使用芝加哥QKD网络测试新的通信设备、安全协议和算法，这些设备最终将连接到美国以及世界各地的远程量子计算机。这项工作将有助于国家量子互联网的进一步建立，对其通信、计算和国家安全产生深远影响。
2020年，美国能源部(DOE)在芝加哥大学举行的新闻发布会上公布了量子互联网的发展战略蓝图。但是量子互联网到底是什么？中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟认为，互联网是一个传输、处理和存储经典信息的全球系统。量子互联网可以以同样的方式传输、处理和存储量子信息。量子互联网的第一个实际任务是无条件安全地共享全局密钥(即量子信息完全防篡改)。量子比特和量子纠缠(量子比特相互关联的状态)将是量子互联网的基础资源。该系统将实现许多量子信息任务，包括任意节点间的量子隐形传态、分布式量子计算和高精度量子测量。
科学家预见量子计算机既带来机遇，也带来根本性威胁。量子计算机一旦投入使用，虽然有望解决普通计算机难以解决的复杂问题，但也能轻松破解目前的加密技术。今年4月，美国国会议员提出了《量子网络安全准备法案》，优先考虑对敏感信息进行及时的反量子加密，以防止犯罪分子窃取当前数据，然后用未来的量子计算机解密。
因此，科学家认为实现量子保密通信网络是21世纪最重要的技术前沿之一。
密钥分发是大多数互联网安全的重要组成部分，量子技术可以帮助更好地防御黑客攻击。在量子密钥分发中，加密的数字密钥通过使用量子安全协议在传输通信敏感数据的各方之间分发。量子密钥通过光子在光纤网络中传输，组成密钥的量子比特通过光子的量子特性进行编码。这种牢不可破的通信在很多领域都有应用价值，包括金融、国防等行业。
“随着这个QKD网络实验的发展，我们很高兴能继续与芝加哥量子交易所合作。”东芝数字解决方案副总裁Yasushi Kawakura表示，“最重要的是，我们应该开发反量子技术，积极防御未来的量子威胁。”