客观日本

东京大学等计划实现“绝对安全”的量子互联网

2021年03月25日 信息通信

互联网已经诞生半个世纪,最近业界开始竞相开发在不影响便利性和开放文化的前提下彻底防止非法窃取信息的技术。未来50年的目标是,实现被视为终极通信网的“量子互联网”。随着新冠疫情蔓延,远程交流成为常态,通信基础设施要实现前所未有的安全性也是促进该技术开发的原动力之一。

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量子互联网示意图

日本Mercari公司、东京大学和大阪大学等的研究人员计划在5年内建立起采用新方式的短距离通信网。中国、美国和欧洲也在推进相关研发。在互联网已经成为社会通信基础设施的今天,互联网将从追求便捷连接的时代进入到追求安全性的新阶段。

互联网起源于约50年前科学家们通过网络交换数据。相隔两地的人可以利用互联网自由联系,基于这种便利性,互联网发展成了商业用途的基础设施。但随着信息传播量的增加,网络攻击等负面影响也越来越引人关注。新冠疫情下,很多以前只在工作场所进行的对话和开展的业务都变成经由网络来完成。远程交流正在逐渐普及,作为社会基础设施,确保网络安全成为当务之急。

即便是现在的互联网,为避免被第三者看见,大部分通信信息也都会进行加密。不过,包括国家管理在内,截获信息的方法非常多,信息安全依然受到威胁。

量子互联网被认为是理想的互联网,导入了在微观世界成立的“量子力学”法则,即使与1000公里以外的人交流,原则上来说也不会泄露信息。

其关键在于一种看起来可以让信息瞬间移动的技术,即“量子隐形传态”技术。目前的互联网是将信息转换成光信号进行交换,而量子互联网利用微弱的光粒子——“光子”来传递信息。将向全球新搭建的通信网传送光子。根据量子力学法则,信息将伴随发送端的光子瞬间抵达接收端,就好像是“瞬间移动魔法”一样。

远距离发送信息的关键是在中继点保持量子态的机制。目前的主流方法是将光子的量子态替换为其他物质的状态暂时保存。

信息绝对不会被窃取的量子互联网之所以备受期待还有其他理由。随着新一代超高速计算机“量子计算机”的性能提高,当前的互联网使用的密码将会被轻松破解。量子计算机时代需要新的通信基础设施。将来也许会连接量子计算机,实现普通家庭也可以远程利用强大的计算能力的云服务。

由Mercari公司和东京大学等14家组织的30名研究人员组成的“量子互联网特别工作组”在2月份公开的白皮书(业务计划书)中,公布了建立量子互联网测试环境的方针。2021年度还将开始搭建10~20公里的分支通信网。

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量子互联网的安全性将进一步提高=图片由大阪大学提供

Mercari公司高级研究员永山翔太表示:“将筛选出只有实际进行测试才能发现的课题。”为确保测试所需的资金,首先将努力得到国家项目的采纳,还考虑以民间为主进行筹资。届时打算征集大量企业参与。

目前的互联网也是现在的美国国防部高级研究计划局(DARPA)于1969年连接4个研究所,在研究人员的主导下促进普及的。

关于量子互联网,美国2020年提出了在芝加哥和波士顿建立多个测试用通信网的计划。欧盟(EU)也正在荷兰建设连接阿姆斯特丹和代尔夫特等4座城市的100公里长测试环境。中国还没有公布具体的项目,但好像也在致力于量子互联网的研究。

日本2020年制定的量子技术创新战略将推动各项技术的开发。不过,把量子互联网测试用通信网的运行视为2029年度以后的课题。这样下去的话,日本将落后于其他各国。

日本于2020年全球率先公开了模拟量子互联网环境的模拟网络等,在研究方面有一定的存在感。

在量子计算机领域,日本的研究人员虽然提出了理论,但实际研究却是美国IBM和谷歌及加拿大D-Wave Systems等公司领军。要想在量子互联网研究的实用化阶段也发挥存在感,必须建立能做各种实验的环境。

采用量子力学的通信已经有“量子加密通信”方式,通过量子力学机制发送读取加密信息内容的“密钥”。东芝公布了商业化计划。中国将在北京和上海之间设置2000公里的通信网。

不过,从量子加密通信的原理来看,最多只能在几百公里的通信距离内确保完全安全。因为中继点还存在信息泄露的风险。互联网等长距离通信离不开量子互联网。量子互联网在中继点也能保持量子态,安全性更高。

量子互联网也有缺点。要想保持量子态,必须有线发送信息。这样将无法使用目前的互联网已经普及的无线通信网“Wi-Fi”。届时可能会根据更重视便利性还是更重视安全性的需求,分为不同的用途进行利用。

日文:大越优树,《日本经济新闻》,2021年3月8日
中文:JST客观日本编辑部

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