美國科技界龍頭Google在10月底對外宣布其研發多年的「量子電腦」,僅花了200秒時間就完成了全球最快的超級電腦需要1萬年才能處理的數學運算。這種運算效能遠比你我電腦還要強大的「量子機器」,不僅使Google成為眾多「量子電腦」追逐者(例如IBM、Microsoft、Intel等)中的領先者,也可能迫使全球數百億商機的電子商務和國防安全不得不面對前所未見的資安威脅。

當全球籠罩在這股來勢洶洶的「量子威脅」下,科學家也加快腳步發展足以抗衡量子電腦攻擊的「量子加密」。2016年中國科技學術大學的科學家利用低軌道衛星證實了「量子加密」在遠距離通訊是可行的,這種新技術倚賴的量子物理原理與量子電腦相同,不只無法被破解,還可以示警駭客的存在。

在科技部及教育部共同的支持下,新竹清華大學前瞻量子科技研究中心量子通訊組副教授褚志崧日前率領物理系研究生黃聖軒、高永成、吳至翔、張進宣,成功完成台灣第一次的量子加密通訊測試。褚志崧使用光子在光纖網路內傳遞加密需要的密碼。在量子的世界裡,這些極其微小的粒子展現許多違反直覺的量子特性,其中之一就是和「分身術」相似的狀態疊加性。這種「量子分身術」提高了量子電腦的運算能力,也讓量子加密通訊擁有完美的安全性。

不過,戶外的環境替量子加密通訊增添了不少挑戰。褚志崧的研究團隊為了減少溫度變化和地面震動對量子加密的干擾,把每個光子均勻的散佈在數個脈衝波內,再讓光子進入數公里長的清大校園光纖網路傳遞密碼。光子陸續抵達接收端的「量子解碼器」後,被進行分析並產生完整的密碼,這些完全保密的密碼最後經過「一次性密碼本」完成最終的加密通訊。

這項重要成果是由科技部和教育部經費支持,在測試期間也受益於清大通訊所教授馮開明團隊、清大計通中心和交大資技中心的協助。褚志崧的下一個目標是在新竹科學工業園區旁建構一個量子通訊網路,為更大型的量子網路鋪路。台灣雖然在量子通訊起步較晚,但這項計畫也正式宣告台灣加入「量子復仇者們」,一起對抗使用量子電腦的「量子駭客」。

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量子加密通訊網路示意圖(實線為已完成路線,虛線為計畫完成路線)。
(來源:清華大學)