丹麥技術大學（DTU）的研究人員成功地利用量子加密技術，透過光纜實現了100 公里距離的資訊安全傳輸，這個距離大約相當於牛津和倫敦之間的距離。

德國電信大學的研究團隊透過100 公里長的光纖電纜，成功地安全地分發了量子加密金鑰。資料來源：德國技術大學

丹麥科技大學（DTU）的科學家透過連續可變量子金鑰分發（CV QKD）技術分發量子安全金鑰，在安全通訊領域取得了突破性進展。該團隊創造了一項新紀錄，使該技術的有效距離達到了前所未有的100 公里，這是CV QKD 技術所能達到的最遠距離。這種方法的優點在於它可以應用於現有的互聯網基礎設施。

量子電腦對現有的基於演算法的加密技術構成了威脅，目前這種加密技術可以確保資料傳輸不會被竊聽和監視。目前，量子電腦還沒有強大到足以破解這些加密演算法的地步，但這只是時間問題。如果量子電腦成功破解了最安全的演算法，那麼它就為所有透過網路連線的資料敞開了大門。這加速了基於量子物理學原理的新加密方法的發展。

但要取得成功，研究人員必須克服量子力學的一個難題–確保較長距離內的一致性。迄今為止，連續可變量子金鑰分發技術在短距離內最有效。

「我們實現了一系列改進，尤其是在沿途光子損耗方面。在這次發表在《科學進展》（Science Advances）上的實驗中，我們透過光纜將量子加密金鑰安全分發了100 公里。”德國技術大學副教授 Tobias Gehring 表示：「這是使用這種方法的創紀錄距離。」他與德國技術大學的一組研究人員的目標是能夠透過網路在全球範圍內分發量子加密訊息。 “

來自光量子態的密匙

當資料需要從A 發送到B 時，必須對其進行保護。加密將資料與發送方和接收方之間分發的安全性金鑰結合起來，這樣雙方都能存取資料。在資料傳輸的過程中，第三方一定無法找出金鑰，否則，加密就會被破壞。因此，密鑰交換對資料加密至關重要。

量子金鑰分發（QKD）是研究人員正在研究的一種用於重要交換的先進技術。此技術利用量子力學粒子（稱為光子）發出的光來確保加密金鑰的交換。

研究小組：（前排）Adnan AE Hajomer、Nitin Jain、Ulrik L. Andersen（後排）Ivan Derkach、Hou-Man Chin、Tobias Gehring。資料來源：德國技術大學

當發送者發送用光子編碼的訊息時，光子的量子力學特性就會被利用，為發送者和接收者創建一個獨特的密鑰。當其他人試圖測量或觀察量子態光子時，會立即改變光子的狀態。因此，物理上只有透過幹擾訊號才能測量光。

「不可能複製量子態，就像複製一張A4 紙一樣–如果你嘗試複製，那將是一個低劣的副本。這就是無法複製密鑰的原因。」托比亞斯-蓋林解釋說： “這可以保護健康記錄和金融部門等關鍵基礎設施免遭駭客攻擊。

透過現有基礎設施工作

連續可變量子金鑰分發（CV QKD）技術可以整合到現有的網路基礎架構中。使用這項技術的優點在於可以建立一個類似光通訊的系統。網路的支柱是光通訊。它透過光導纖維中的紅外線發送數據。光導纖維的作用是在電纜中鋪設光導，確保我們能在全球範圍內發送數據。透過光纖電纜發送資料的速度更快、距離更遠，而且光訊號不易受到干擾，技術術語稱之為噪音。

“這是一項已經使用了很長時間的標準技術。因此，你不需要發明任何新東西就能用它來分發量子密鑰，而且它還能大大降低實施成本。而且，我們可以在室溫下工作，”托比亞斯-蓋林解釋說：”但CV QKD 技術在較短的距離內效果最佳。我們的任務是增加距離。100公里是朝著正確方向邁出的一大步”。

研究人員透過解決限制他們的系統在更遠距離上交換量子加密金鑰的三個因素，成功地增加了距離。機器學習提供了對影響系統的干擾的早期測量。這些幹擾被稱為”雜訊”，例如，電磁輻射會扭曲或破壞正在傳輸的量子態。較早檢測到噪音可以更有效地減少其相應的影響。此外，研究人員還能更能糾正因噪音、幹擾或硬體缺陷而可能出現的錯誤。

“在我們即將開展的工作中，我們將利用這項技術在丹麥各部會之間建立一個安全通信網絡，以確保他們的通信安全。我們還將嘗試在哥本哈根和歐登塞等地之間生成秘密密鑰，使在這兩個城市都設有分支機構的公司能夠建立量子安全通信，”托比亞斯-蓋林說。

編譯自: ScitechDaily