激光技术为实现超高速和超安全量子密码带来希望

一个实施“不可破解”的量子密码系统的新方法能够以比以往的试验快10倍以上的速率传输信息。

　　研究人员已经开发出一个新方法，克服了量子密码系统实施过程中的一个主要问题，这提高了实现一种可用的“不可破解”的方法的前景，用于发送隐藏在光粒子中的敏感信息。

　　通过将一个激光束“播种”到另一个激光束，来自剑桥大学和东芝欧洲研究中心的研究人员证明了，以比实际的量子密码系统的早期尝试高出两到六个数量级的速度来分配加密密钥是可能的。该结果在《NaturePhotonics》杂志上进行了报道。

　　加密是现代生活的重要组成部分，使敏感信息可以安全地共享。在传统的加密技术中，一条特定信息的发送者和接收者决定了密码，或者是密钥，因此只有那些知道密钥的人才能将信息解密。但是随着计算机越来越快和越来越强大，加密密码变得越来越容易被破解。

　　量子密码通过将信息隐藏在激光器发射出来的光粒子或光子中来保证“牢不可破”的安全性。在这种密码学形式中，量子力学被用来随机生成一个密钥。发件人，通常被称为Alice，通过偏振方向不同的偏振化光子来发送密钥。收件人，通常被称为Bob，采用光子探测器来测量光子的偏振方向，然后探测器将光子转化为比特信息，其中，假设Bob以正确的顺序使用了正确的光子探测器，他就能得到密钥。

　　量子密码的优点是，如果攻击者试图拦截Alice和Bob的消息，密码就会因量子力学的特性而改变自己。自从上世纪80年代第一次被提出以来，量子密码给人带来了实现具有牢不可破的安全性的可能。“在理论上，攻击者也许可以拥有在物理定律下所有可能的力量，但他们仍然无法破解这种密码，”论文的第一作者LucianComandar说，他是剑桥大学工程系和东芝剑桥研究实验室的博士生。

　　然而，当试图构建一个可用的系统时，量子密码的问题就出现了。在现实中，这是一个来来回回的游戏：针对系统的不同组件的创造性攻击在不断地被开发，相应地对抗攻击的对策也在不断的发展。

　　最经常被黑客攻击的组件是光子探测器，由于其高灵敏度和复杂的设计，通常是最易受攻击的最复杂的组件。作为对攻击探测器的回应，研究人员开发了一种被称为测量设备无关的量子密钥分配（MDI-QKD）的新量子密码协议。

　　在这种方法中，Alice和Bob不是每人都有一个探测器，取而代之是把他们的光子发送到一个称为Charlie的中心节点。Charlie让光子通过一个分束器并测量它们。这些结果可以揭露这些位之间的相关性，但不透露他们的数值，仍然保持秘密。在这个装置中，即使Charlie试图欺骗，信息仍将保持安全。

　　MDI-QKD已经被实验证明过，但其信息传输速度对于在现实世界中实际应用来说太慢了，这主要是由于从不同的激光器产生无差别粒子上的困难。为了使其工作，通过Charlie的分束器发出的激光脉冲需要（相对）比较长，这将传输速率限制在了几百位每秒（bps）或更少的水平。

　　这个由剑桥大学的研究人员开发的方法利用一种称为脉冲激光播种的技术克服了这个问题，在这种技术中其中一个激光束将光子注入到另一个激光束。通过减少脉冲中的时间抖动的量使得激光脉冲对Charlie来说更加明显，从而可以使用更短的脉冲。脉冲激光播种也能以非常高的速率随机改变激光束的相位。在MDI-QKD装置中使用这一技术的结果将使高达1Mbps的速度成为可能，代表着比以前的版本有了两到六个数量级的提高。

　　“这个协议给了我们在非常高的时钟速率下最高可能度的安全性，”Comandar说，“它也许指明了一条实际实施量子密码的途径。”