芝加哥擴展并激活量子網(wǎng)絡，邁向安全的量子互聯(lián)網(wǎng)

北京時間6月17日消息（余予）芝加哥大學普利茲克分子工程學院芝加哥量子交易所 (CQE) 的科學家們昨日宣布，他們首次將芝加哥市和郊區(qū)的實驗室用量子網(wǎng)絡連接起來——幾乎是美國最長量子網(wǎng)絡長度的兩倍。芝加哥網(wǎng)絡即將向?qū)W術界和工業(yè)界開放，它將成為美國首批公開可用的量子安全技術測試平臺之一。

（圖源：CQE）

該網(wǎng)絡目前正在使用東芝提供的技術積極運行量子安全協(xié)議，通過光纜在芝加哥和西郊之間以每秒超過8萬個量子比特的速度分發(fā)量子密鑰。東芝參與該項目，使芝加哥網(wǎng)絡成為學術界、政府和工業(yè)界之間的獨特合作。

研究人員將使用芝加哥網(wǎng)絡測試新的通信設備、安全協(xié)議和算法，最終將連接全國和世界各地的遠程量子計算機。這項工作代表了邁向國家量子互聯(lián)網(wǎng)的下一步，這將對通信、計算和國家安全產(chǎn)生深遠的影響。

在阿貢國家實驗室于2020年啟動的89英里（144 公里）量子環(huán)路的基礎上，建立了一個新的35英里（56 公里）擴展。今天宣布的整個網(wǎng)絡現(xiàn)在由六個節(jié)點和124英里（200公里）的光纖——在位于萊蒙特郊區(qū)的美國能源部阿貢國家實驗室和芝加哥南部的兩座建筑物之間傳輸攜帶量子編碼信息的粒子，一棟在芝加哥大學校園，另一棟在芝加哥的CQE總部海德公園附近。它將芝加哥置于美國最大的量子網(wǎng)絡之一的中心，并進一步鞏固了該地區(qū)作為全球領先的量子研究中心的地位。

“芝加哥量子網(wǎng)絡為研究人員提供了前所未有的機會，可以在現(xiàn)實世界環(huán)境中傳輸量子信息，并突破目前量子安全協(xié)議的可能性，”芝加哥大學Liew家族教授、芝加哥量子交易所主任、阿貢能源部國家量子信息科學研究中心Q-NEXT主任David Awschalom表示，“這一擴展使來自學術界、工業(yè)界和政府實驗室的科學家能夠合作，推進我們對量子通信的基本理解并開發(fā)一個安全的量子互聯(lián)網(wǎng)。”

“雖然這個網(wǎng)絡在其范圍內(nèi)令人印象深刻，但它作為如何使用量子網(wǎng)絡的實驗測試平臺更為重要。我們期待與CQE合作，探索量子網(wǎng)絡架構的開發(fā)，以新的、令人興奮和有用的方式將量子傳感器和計算機連接在一起，”波音公司顛覆性計算和網(wǎng)絡團隊首席科學家Jay Lowell表示。

量子計算機的興起代表著巨大的機遇，也代表著根本性的威脅。一旦投入使用，它們有望解決普通計算機幾乎不可能解決的各種問題，從而輕松破解當前加密。今年4月，美國議會議員推出《量子網(wǎng)絡安全準備法案》，該法案優(yōu)先考慮及時對敏感信息進行防量子加密，以便不法分子現(xiàn)在無法竊取數(shù)據(jù)，但在更強大的量子計算機成為現(xiàn)實時對其進行解密。

科學家們認為，量子網(wǎng)絡可以利用量子力學定律變得幾乎“不可破解”。世界各地的專家一致認為，量子安全通信網(wǎng)絡的實施是21世紀最重要的技術前沿之一。

可以使用量子密鑰分發(fā)來實現(xiàn)防黑客加密，這是與東芝合作于2022年6月6日在芝加哥地區(qū)量子網(wǎng)絡上激活的量子安全技術。密鑰分發(fā)是大多數(shù)互聯(lián)網(wǎng)安全的常規(guī)部分，但量子技術可以使其幾乎不受黑客攻擊。在量子密鑰分發(fā)中，秘密數(shù)字密鑰使用量子安全協(xié)議在傳遞敏感數(shù)據(jù)的各方之間分發(fā)。量子密鑰通過光粒子通過光纖網(wǎng)絡發(fā)送，利用光子的量子特性對構成密鑰的比特進行編碼。任何攔截光子的嘗試都會破壞它們所持有的信息。

這種不可破解的通信在任何地方都有應用，其中安全通信特別重要，包括金融、國防、投票等行業(yè)。

“隨著網(wǎng)絡試驗的開始，我們很高興繼續(xù)與芝加哥量子交易所合作，”東芝數(shù)字解決方案副總裁Yasushi Kawakura表示，“我們開發(fā)量子防護技術以主動防御來自量子未來的威脅至關重要。”

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