量子技術競賽日益引發(fā)關注。Google和IBM開始發(fā)展量子計算機，預計將以我們難以想象的速度徹底顛覆運算。量子技術還有一個令人引頸期盼的優(yōu)勢就是“密碼學”（cryptography）。

隨著物聯(lián)網（IoT）和下一代5G的快速普及，創(chuàng)造安全的通道至關重要。相形之下，攜帶信息的量子信道存在安全協(xié)議，并內置于加密的數(shù)據(jù)中。每個通道之間彼此各不相同，從而降低了在傳輸過程中被攔截的風險。

為了保護數(shù)據(jù)傳輸?shù)臋C密性和完整性，目前最安全、使用最廣泛的方法是以對稱密碼學為基礎，而一種更可靠的安全性則是提供一種數(shù)學上牢不可破的密碼學形式，稱為“一次性密碼”（one-time pad；OTP），它采用一種與加密數(shù)據(jù)長度相同的隨機密鑰來加密數(shù)據(jù)。

有了量子密碼，當今所有的密碼技術都將相形失色。如今，為了解密機密的加密信息，必須具有相對的私鑰。而進行所謂的“暴力攻擊法”（brute force attack，即嘗試使用字母、特殊字符和數(shù)字的所有可能組合）將無法譯碼RSA密鑰，因為我們現(xiàn)有的計算機都將花費很長的時間解密，而使用量子技術，相同的操作只需花費幾秒鐘。

新加坡南洋理工大學（NTU Singapore）的研究人員開發(fā)出一種量子芯片，其尺寸比當前的量子配置更小1，000倍。在NTU Singapore電氣與電子工程學院教授Liu Ai Qun和副教授Kwek Leong Chuan的帶領下，該研究團隊的結果發(fā)表在近期的《自然光子學》（Nature Photonics）上。

其結果為許多金融系統(tǒng)建置量子密碼學方法提供了新機會。該新芯片將以各種通訊方法提高安全應用，包括從ATM提領現(xiàn)金到在線購買商品等。當今的這些技術并不是十分安全，而且其通訊還可能會被攔截。該芯片寬僅3至4mm，采用量子通訊算法以及量子密鑰分配（QKD），因而能提供比現(xiàn)有標準更高的安全性。

QKD采用量子屬性交換諸如加密密鑰之類的機密信息，然后再將其用于加密經由不安全信道傳輸?shù)挠嵪?。QKD的安全性基礎在于自然和物理學的基本定律，有助于提高運算能力、新的攻擊算法或量子計算機。

以量子密碼學的情況來看，密鑰（針對訊息進行加密并因而再度具有可讀性的介質）被編碼為一系列光子，在必須共享訊息的雙方之間傳遞（例如透過光纖）。根據(jù)海森堡不確定性原理（Heisenberg uncertainty principle；即不可能同時知道量子物體的兩個特征），任何對獲得密鑰感興趣的人都無法在不干擾這些（極化）光子的情況下達到目的。事實上，任何干擾通訊的人都會改變其特征，留下使其提醒注意駭入的痕跡。

Liu說：“在當今的世界中，網絡安全至關重要，因為我們的許多數(shù)據(jù)都是以數(shù)字方式儲存以及進行通訊。幾乎所有的數(shù)字平臺和儲存數(shù)據(jù)庫都要求用戶輸入密碼和生物辨識數(shù)據(jù)，只要存在這種情況，就可能會有被竊聽或破解的風險。量子技術則消除了這種疑慮，因為密碼和信息都整合在發(fā)送中的訊息，從而形成量子密鑰?！?/p>

量子計算為人工智能（AI）、醫(yī)療診斷和藥物治療等領域帶來的新發(fā)現(xiàn)讓人難以想象。但量子計算機只是一種工具，有助于讓實現(xiàn)特定結果所需的操作次數(shù)大幅減少。創(chuàng)新并不在于提高每次操作的速度，而在于減少達到結果所需的操作次數(shù)。

然而，信息的安全性會因為未來的量子計算機崛起而陷于風險，因為配備大量運算資源的量子計算機可能破解現(xiàn)有的加密技術。因此，量子密碼學和后量子密碼學將變得越來越重要。
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