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我们为什么需要量子通讯?

2021-07-12 14:24:28    来源:Techweb

国开启科量子技术(北京)有限公司(以下简称“启科量子”)发布其新一代商用QKD设备QCS-288。据创始人陈柳平在发布会上介绍,QCS-288较同类QKD(量子密匙分发)设备成码率提高25%以上。

截止2021年7月,启科量子已申请和授权核心专利近百项,承担多项国家及行业标准制订工作,包括《量子密钥分发(QKD)系统技术要求》、《量子密钥分发(QKD)系统测试方法》等,本次发布会推出了启科量子新一代量子通信系统QCS-288,该产品支持各类光纤通信应用场景保密需求,可为骨干网、城域网和接入网提供有效的安全服务。

我们为什么需要量子通信技术?它解决了那些实际问题?发布会后,启科量子首席执行官陈柳平和量子计算执行总监韩琢接受了TechWeb等媒体采访,向我们介绍了量子通信的大致原理与应用,并分享了公司未来逐步构建「量子网络」的想法思路。

一、我们为什么需要量子通讯?

一天,地下工作者Alice向同伴Bob发送信息:“交易地点,世纪大道13号口”。

不巧的是,这条信息被反对派黑客Charlie截获,原因是傻萌的Alice使用了「明文」发报,要知道,即便技术最烂的情报员,读明文就像读12345一样简单。

交易失败,Bob被抓。

第二次,Alice长了记性采用了「椭圆算法」(ECC)——一种非对称式加密算法,对相同的信息进行加密。Bob2号收到Alice发过来的椭圆曲线、基点以及公开密钥,解开了消息原文,顺利完成交易。

ECC算法的数学理论非常深奥和复杂,解算工作对算力需求呈指数增长,按照当时的芯片水准,即便将全世界的计算机算力联合起来都无能为力。

这回,苦苦钻研10年密码学的Charlie在ECC面前败了北。Alice和Bob2号在反对派眼皮底进行了十年交易,平安无事,并为组织做出了卓越贡献。

十年间,Charlie没有放弃,他另辟蹊径地选择攻克量子信息技术难关,通过不懈努力研制出了一台量子计算机。这台计算机能够大大提升破解ECC的速度,以前需要1万年的解算时间,在量子计算机面前只需“打个响指的时间”。

当Alice仍然在使用ECC加密器电报机与同伴联络时,不料连续失败,Bob2号、3号、4号…一个个扑街,事情变得奇怪…

没错,在量子计算机面前,无论是ECC还是RSA加密过的信息都如同明文一样不堪一击。

如何对抗Charlie的破解能力?研究出一套新的加密算法?不。

正所谓:以其人之道还治其人之身。

Alice 和 Bob之间用量子通信保护数据的隐私和安全。

“根据量子力学,量子不可分割、不可复制。也就是说,量子信息技术既可用来打造新型计算机,也利用其「不可窃听性」为信息保密。量子计算是矛,量子通信是盾。”启科量子量子计算执行总监韩琢比喻道,“支付宝、网上银行、亦或是电网与电网之间传输信息,在今天全部是被加密的,但是很多加密协议都将在量子计算到来时瓦解,我们不可能等到那一天到来之后再想解决办法。”

二、跨步迈入商用量子通信

启科量子(QUDOOR)成立于2019年,仅用16个月就完成了城域网高速量子通信系统等系列第一代产品的研发,现已开始进入市场化阶段,通信产品及解决方案已经布局了政务网、智慧城市、大数据、智能汽车、轨道交通等多个领域。

“无论采用哪种加密算法。用户在数据传输过程中泄密或被窃听的风险是普遍存在的,所以我们采用量子通信技术的方式来保护数据传输的安全。” 陈柳平介绍到,“我们的量子通信设备利用量子密钥分发技术,给它提供密钥,用户就通过密钥来加密他们自己的数据。”

作为国内领先的量子信息设备制造及服务提供商,启科量子在本次发布会上,展示了公司在量子通信和量子计算领域的系列产品和阶段性科技成果,包括新一代QKD设备、 QKD专用光芯片以及分布式离子阱量子计算机工程机。

正如2G、3G、4G网络一样,量子通信设备也在逐步迭代,速度与效率同步升级。

QCS-288设备及解决方案采用QKD和PQC融合设计思路,在解决QKD预置密钥问题的同时,弥补PQC待验证的长期性,以此提高网络安全。 据陈介绍,启科量子的QKD设备已布局国内智慧城市、轨道交通以及地区政务系统,并很快会宣布与更多行业的合作项目。新款QCS-288具备更长传输距离,成码率是同类产品的125%。

在「盾」被市场逐步认可的同时,启科已经走在了打造「矛」的路上。

发布会上,启科公开了AbaQ 系列工程化离子阱量子计算机,其总体设计突出体现了分布式离子阱量子计算的特点。离子阱节点以中国鼓的形式进行模块化设计,提高了系统的扩展性,为以后节点扩容提供便利。工业设计上融合了人体工程学原理,提高了系统的使用舒适性和维护便利性,各种细节设计兼顾科技感和便利性。

根据陈的设想,启科的量子通信+量子计算技术方案,对于完整设计并构建独立于现有网络的新一代量子网络,具有较为扎实的技术及产品基础。

目前,量子网络的构建有两种思路。

一是利用传统计算机,通过光纤传输量子密钥。“现有的量子加密网是把一个经典计算机,苹果的笔记本和华为笔记本,采用QKD设备在光纤里传输密钥,我们再进行加密。那未来的量子网络就是第二种思路:一台量子计算机和另一台量子计算机直接相连。 ”也就是量子互联网(Quantum Internet),这也是韩琢团队当前的研发思路和理想目标。

“有别于经典态传输,量子互联网是以量子计算机为基础,直接通过量子态在光纤中传输信息。”韩解释道。

“可以说,我们是在技术上,国内少有能够融合量子通信和量子计算的公司。” 陈柳平补充道。

三、资本助推,启科加速

根据波士顿咨询(BCG)公司预测,到 2030 年量子计算应用的市场规模有望达到 500 亿美元。国外科技巨头 IBM、Google、微软、Amazon等更是提前布局着量子云计算,抢占未来发展先机。

为加快量子信息技术的商业化应用,2020年底,启科量子完成了5000万元天使轮融资,陈表示该资金将用于公司新一代小型化的量子通信设备研发与量产,以及离子阱量子计算机的研发,在公司长期目标与短期盈利之间寻找平衡点。

“目前公司融资计划在稳步进行。每个阶段,我们要推出新产品,满足用户与市场的需求,需要外部资金进入。” 在被媒体问及后续融资情况时,陈柳平表示相关沟通正在进行,并对下一轮融资充满希望,但具体细节不便透露。

TechWeb注意到,为获得资本进一步关注,启科量子正在着手产品的检测认证。

陈柳平接受TechWeb提问时表示,启科正在和检测机构积极沟通,计划把设备和解决方案一同送过去,若有新进展将第一时间和外界沟通。陈认为,检测认证将帮助QCS-288系列设备进一步获得市场的认可和关注。

从历史角度来看,新技术的应用普及离不开人才储备和供应链的完善。那么,国内量子信息产业走到哪一步了呢?陈柳平认为,中国量子通信产业链已实现全国产,不比国外差。 “我们的(量子通信)其实在世界一流梯队,现阶段只是在少量核心器件如芯片性能与国外有差距。例如我们的FPGA芯片、高速射频电路芯片,国外有几十年时间积累,但我们也有10多年积累,正在奋起直追,性能参数上稍微有些差距,但已具备足够可用性。”

“我们目前遇到的最大问题就是人才,国内相关培养在过去十年里才刚刚起步。好消息是,随着理论知识的普及,越来越多优秀人才通过学习和实践加入量子信息领域。我在微信上加了很多爱好者群,包括一些专业的量子技术从业者人员、学生,到了2020年,群里逐渐活跃,也组织了一些线下的活动。这说明人们在关注量子技术,更多的人想通过学习,成为量子产业的一部分。发布会上,大家可以看到我们的产品设计蛮科技感,我们的办公室更有未来感、科技感,希望以此吸引更多人关注。今天,看到越来越多人加入启科或者其他量子信息技术公司,我更有信心中国量子产业是加速前进和发展的。” (文/胥崟涛)

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