一個實施“不可破解”的量子密碼系統的新方法能夠以比以往的試驗快10倍以上的速率傳輸信息。
研究人員已經開發出一個新方法，克服了量子密碼系統實施過程中的一個主要問題，這提高了實現一種可用的“不可破解”的方法的前景，用于發送隱藏在光粒子中的敏感信息。
通過將一個激光束“播種”到另一個激光束，來自劍橋大學和東芝歐洲研究中心的研究人員證明了，以比實際的量子密碼系統的早期嘗試高出兩到六個數量級的速度來分配加密密鑰是可能的。該結果在《NaturePhotonics》雜志上進行了報道。
加密是現代生活的重要組成部分，使敏感信息可以安全地共享。在傳統的加密技術中，一條特定信息的發送者和接收者決定了密碼，或者是密鑰，因此只有那些知道密鑰的人才能將信息解密。但是隨著計算機越來越快和越來越強大，加密密碼變得越來越容易被破解。
量子密碼通過將信息隱藏在激光器發射出來的光粒子或光子中來保證“牢不可破”的安全性。在這種密碼學形式中，量子力學被用來隨機生成一個密鑰。發件人，通常被稱為Alice，通過偏振方向不同的偏振化光子來發送密鑰。收件人，通常被稱為Bob，采用光子探測器來測量光子的偏振方向，然后探測器將光子轉化為比特信息，其中，假設Bob以正確的順序使用了正確的光子探測器，他就能得到密鑰。
量子密碼的優點是，如果攻擊者試圖攔截Alice和Bob的消息，密碼就會因量子力學的特性而改變自己。自從上世紀80年代第一次被提出以來，量子密碼給人帶來了實現具有牢不可破的安全性的可能。“在理論上，攻擊者也許可以擁有在物理定律下所有可能的力量，但他們仍然無法破解這種密碼，”論文的第一作者LucianComandar說，他是劍橋大學工程系和東芝劍橋研究實驗室的博士生。
然而，當試圖構建一個可用的系統時，量子密碼的問題就出現了。在現實中，這是一個來來回回的游戲：針對系統的不同組件的創造性攻擊在不斷地被開發，相應地對抗攻擊的對策也在不斷的發展。
最經常被黑客攻擊的組件是光子探測器，由于其高靈敏度和復雜的設計，通常是最易受攻擊的最復雜的組件。作為對攻擊探測器的回應，研究人員開發了一種被稱為測量設備無關的量子密鑰分配（MDI-QKD）的新量子密碼協議。
在這種方法中，Alice和Bob不是每人都有一個探測器，取而代之是把他們的光子發送到一個稱為Charlie的中心節點。Charlie讓光子通過一個分束器并測量它們。這些結果可以揭露這些位之間的相關性，但不透露他們的數值，仍然保持秘密。在這個裝置中，即使Charlie試圖欺騙，信息仍將保持安全。
MDI-QKD已經被實驗證明過，但其信息傳輸速度對于在現實世界中實際應用來說太慢了，這主要是由于從不同的激光器產生無差別粒子上的困難。為了使其工作，通過Charlie的分束器發出的激光脈沖需要（相對）比較長，這將傳輸速率限制在了幾百位每秒（bps）或更少的水平。
這個由劍橋大學的研究人員開發的方法利用一種稱為脈沖激光播種的技術克服了這個問題，在這種技術中其中一個激光束將光子注入到另一個激光束。通過減少脈沖中的時間抖動的量使得激光脈沖對Charlie來說更加明顯，從而可以使用更短的脈沖。脈沖激光播種也能以非常高的速率隨機改變激光束的相位。在MDI-QKD裝置中使用這一技術的結果將使高達1Mbps的速度成為可能，代表著比以前的版本有了兩到六個數量級的提高。
“這個協議給了我們在非常高的時鐘速率下最高可能度的安全性，”Comandar說，“它也許指明了一條實際實施量子密碼的途徑。”
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