量子密鑰分發(fā)為通信安全提供了有效解決方案，我國科學家通過芯片化集成，讓這項技術(shù)所需硬件更小型、更易應(yīng)用。北京大學王劍威教授、龔旗煌院士與常林研究員團隊，成功研制出全球首個基于集成光量子芯片的大規(guī)模量子通信網(wǎng)絡(luò)，取名為“未名量子芯網(wǎng)”。這一網(wǎng)絡(luò)，能讓20個芯片用戶并行通信，組網(wǎng)能力可達3700公里，在芯片用戶規(guī)模與組網(wǎng)能力上均達國際領(lǐng)先水平。相關(guān)成果日前發(fā)表于國際學術(shù)期刊《自然》。

“過去，實現(xiàn)量子通信的設(shè)備通常較為龐大和復(fù)雜，成本也比較高昂。這次，我們把這些關(guān)鍵器件集成到了小小的芯片上?！蓖鮿ν榻B，團隊研發(fā)出了兩款核心芯片——一款是網(wǎng)絡(luò)中心的“光源芯片”，能為整個網(wǎng)絡(luò)提供一個統(tǒng)一的節(jié)拍，確保所有用戶通信的精確同步；另一款是用戶手上的“通信芯片”，它單片集成了激光器、調(diào)制器、衰減器等全部關(guān)鍵功能模塊，相當于把過去一整套體積龐大的發(fā)送設(shè)備，集成到了一個指甲蓋大小的芯片上。

“更讓人驚喜的是，這是國際上20余年來首次展示基于光量子芯片的量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。實驗表明，這兩款核心芯片在制造時展現(xiàn)出了很高的一致性和良品率。這意味著，它們未來可以進行低成本、大規(guī)模的批量生產(chǎn)，也為構(gòu)建更長距離、更多用戶的量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。隨著小型化量子通信芯片進一步發(fā)展，未來它們有望廣泛部署在通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和安全基礎(chǔ)設(shè)施中，為各類終端提供安全保障。”王劍威說。

《自然》期刊4位匿名審稿人一致認為：“這是量子芯片和量子網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的重大突破，所展示的量子芯片網(wǎng)絡(luò)具備顯著的大規(guī)模擴展能力，無疑將對未來的量子通信產(chǎn)生深遠影響?！?/p>

“這是集成光量子技術(shù)推動量子通信發(fā)展的范例?！饼徠旎驼J為，這項成果為構(gòu)建大規(guī)模量子通信芯片網(wǎng)絡(luò)提供了可行方案，對促進量子通信系統(tǒng)的小型化、實用化與規(guī)?；l(fā)展具有重要意義。

新知解碼

什么是量子密鑰分發(fā)

假設(shè)你要給同事發(fā)加密文件，常用辦法是壓縮打包、設(shè)個密碼，然后發(fā)過去?？赡阌袥]有想過——密碼本身怎么安全地傳過去？

量子密鑰分發(fā)解決的就是這個問題。它不傳文件，只傳密碼——而且是一種“看一眼就自毀”的密碼。

這是如何做到的？它把密碼編在一串光子里發(fā)出去。光子的特性是：只要被“偷看”，狀態(tài)就會改變。這就像在黑板上寫一串數(shù)字，有人偷偷進來看了一眼——他離開時，黑板已經(jīng)被擦得干干凈凈。你同事進來只看到一塊空黑板，你們一對就知道：“有人來過！”

因此，量子密鑰分發(fā)的精髓是：不再賭攻擊者的算力不夠強，而是賭物理定律不會撒謊。偷看必留痕。

有了它，遠隔千里的人也能確信：手里的密碼只屬于彼此，從沒被任何人“看過”。

（記者晉浩天）