观点 | 保障信息安全 备加“小芯”
微型芯片正是使用量子通信算法隐藏身份码、密码或其他关键信息的值，将密码和信息都集成在发送的信息中，形成一个“量子密钥”。
日前，谷歌声称已经实现“量子霸权”。尽管这项技术的商业应用还很遥远，但研究人员却忧心忡忡。
南洋理工大学量子工程中心主任郭龙泉表示，为了保障通信安全，信息的传输一般经过加密和解密处理。加密过程所使用的算法十分复杂，破解过程往往耗时费力，即便是使用超级电脑破解也需要半年左右，但量子计算机的出现打破了这种平衡。
在此背景下，近日，郭龙泉课题组联合该校量子工程中心主任刘爱群课题组的一项研究取得进展，研究团队研发出世界首个量子通信芯片，只有米粒般大小，体积仅为目前通信系统的千分之一左右。相关研究成果已发表于《自然—光子学》。
量子“破解”与“加密”
当前，通信数据大多以数字方式存储和传输，因此网络安全尤为重要。而量子计算机采用一种新的处理信息的方法，理论上比世界上最强大的超级计算机运算速度快几个数量级。这意味着，量子计算机可以轻松破解通信密码，经典加密信息在量子计算机面前形同“裸奔”。
“量子计算机将严重威胁到传送信息的安全。”该论文共同通信作者郭龙泉认为，随着量子计算机研究和推广的深入，数据泄密风险将持续增加。
“量子计算机的出现将威胁现行加密系统，让现有的信息安全失衡，但量子通信技术则可以帮助对安全性有要求、易受攻击的通信系统。”郭龙泉说。目前，国际上开始探索量子通信系统在太空传送信息的可靠性，目的就是希望获得更加安全的通信。
研究团队所为即此。他们研发的微型芯片正是使用量子通信算法隐藏身份码、密码或其他关键信息的值，将密码和信息都集成在发送的信息中，形成一个“量子密钥”。
用户提取信息或进入系统时，几乎所有的系统都要求输入密码或生物特征数据，一旦出现这种情况，就会被监视。但即便如此，用户对于信息是否在传输过程中被截取或篡改并不知晓。
该论文共同通信作者郭龙泉解释，这就像接收者收到一封电子邮件，以前电子邮件是否被中途打开过，接收者并不知道。但利用量子技术写成的邮件不同，此时的邮件中不仅存储着传送的信息，还有打开这封邮件的“锁子”。
“量子通信使用的加密是随机的，目标接收者只有使用正确的密钥访问，才能得到正确的信息，不需要额外的密码或生物测定数据。”郭龙泉说。
半导体技术为量子芯片制作提供可能
事实上，这项用于加密的通信技术早已存在，但类似的量子通信设备体积大——大多数像冰箱一样大，甚至可以占据整个办公楼，很不方便商业推广使用。
这项研究令人印象深刻的是，在提供同等水平的优越量子安全性的前提下，研究人员将量子加密所需的一切（除了激光）打包成3毫米的芯片，体积缩小到米粒大小，大概比现在的量子系统小一千倍。
提及量子芯片的缩小过程，刘爱群介绍，这项具有颠覆性的研究是量子物理与量子应用技术的结合，得益于近年来半导体技术的进展，后者是芯片能够缩小的关键。
除了体积小，该量子通信芯片另一特点是经济便宜。“该芯片可以使用标准工业材料，如硅来制造。”刘爱群说。
刘爱群介绍，半导体制造是一项高精度、高门槛的工作，目前制造该芯片大概需要1~3 个月时间。
有望用于现有通信系统
量子通信芯片通过光纤通信系统传输信息，未来也可通过无限光子传输，加强移动通信系统的安全。
研究人员透露，目前，研究人员正在努力将该芯片的发展融入到经典的光纤通信系统中。未来或将成立公司，将这一量子芯片技术推向市场。
“此次研发的量子芯片可用于电脑，将来或可用在手机中。这将加强通信安全，防止外界盗取信息。”郭龙泉说。
此外，该小型加密芯片可以潜在地集成到可穿戴设备中。郭龙泉介绍，搭载该芯片并不会增加可穿戴设备的重量，反而赋予可穿戴设备更多功能，比如记录信息以实现对个人隐私的有效保护。
（来源：中国科学报）
