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科技新知:量子通訊完美保密 中美搶建網絡

【明報專訊】美國國家安全局外判技術員斯諾登2013年大爆美國情報機關如何截取全球通訊資料,震驚全球。隨着社會對通訊安全的關注日增,被視為在保安上無懈可擊的量子通訊近年成為各國爭相研發的範疇,技術飛躍發展,其中中國發展甚至已走上世界前列。美國上周在量子通訊上動作頻頻,繼有公司宣布建立全國首個量子密鑰分發網絡外,亦有大學和兩大實驗室合作,建造量子互聯網,中美雙方在量子通訊上惡鬥難免。

獨特「量子糾纏」 黑客難竊密

量子是物理界最小的基本單元。量子有很多有趣的物理特性,其中最著名的為量子糾纏(Quantum Entanglement),是量子通訊的核心。兩顆本來糾纏在一起的量子一旦分開,不論分開多遠,其中一顆粒子出現變化的話,另一顆粒子亦會即時跟隨變化,愛因斯坦形容它為「幽靈般的超距作用」。科學家只要製作一對處於量子糾纏狀態的量子,分給兩個地方,就可透過操控其中一顆量子來令另一顆量子一起變化,實現兩地通訊。

科學家採用量子的另一種特性——量子密鑰分發(Quantum Key Distribution)技術作加密。這種密鑰擁有偵測的隨機性和不可複製性,當外界偵測它,它就會出現變化。例如有黑客企圖竊聽或截取密鑰,它會立即改變形態,收發者也能即時察覺異常。量子通訊是迄今唯一被嚴格證明完全安全的通訊方式。

西方長期忽視 中國後來居上

美國是對量子通訊理論和實驗研究較早的國家,2004年世上第一個量子加密通訊網絡就已在美國劍橋運行。雖然中國起步較遲,但在量子通訊領域,中國現已處於領導地位。2014年11月,中國研發的遠程量子密鑰分發系統擴展至200公里,創下世界紀錄。2016年中國發射全球首顆量子科學實驗衛星「墨子」號,成功作天地量子加密通訊,去年中國首條量子保密通訊幹線——「京滬幹線」開通,國內初步形成廣域量子通訊體系,內地工商銀行、北京農商銀行等多家銀行已率先試用。世界量子學權威、中國科學技術大學教授潘建偉表示,希望到2030年左右中國就能建成全球化的廣域量子通訊網絡。

英國倫敦大學帝國學院教授金明湜(Myungshik Kim)指出,中國得以後來居上,其中一個原因是西方在很長時間裏都認為,現時的加密系統當中涉及的數學程式難度之高,令人們不覺得有必要使用量子加密技術,但隨着電腦運算能力愈來愈強,普通加密技術已變得意義不大。量子學界先驅、奧地利維也納大學科學院院長塞林格(Anton Zeilinger)稱,有關研究並非新事物,中國亦並非在技術上領先,它領先的是在應用上面。他慨嘆:「歐洲完全錯過了(量子通訊)這班船。」

為了不甘後人,美國近期致力推動量子加密通訊。一家名為Quantum Xchange的初創企業上周落實協議,將在美東約800公里的光纖網絡建立全國首個量子密鑰分發網絡,初段連接紐約和新澤西州,容許銀行等公司將信息由曼哈頓安全地傳到市外其他地點。

美投百億資助10年研發計劃

與此同時,芝加哥科學家正在研究創建第一個「量子互聯網」,使用約50公里長的光纖連接芝加哥地區的3個研究機構:阿貢(Argonne)國家實驗室、費米(Fermi)國立加速器實驗室和芝加哥大學。這個項目由美國能源部撥款數百萬美元資助,涉及70名科學家。另外,美國政府9月時提出投資13億美元(約101億港元)作10年的量子研發計劃,白宮將和Google母公司Alphabet、國際商業機器(IBM)和洛歇馬丁(Lockheed Martin)等巨擘討論發展。計劃已獲共和、民主兩黨支持。

(綜合報道)

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