量子加密：打造无法被黑客攻破的互联网？

互联网上保护敏感信息的密码依赖曾被认为无法破解的数学问题，但强大的量子计算机可能轻易破解这些问题，威胁银行信息和国家机密。幸运的是，物理学家可用量子对抗量子：一种基于纠缠量子粒子的理论上绝对安全的加密协议——设备无关量子密钥分发（DI-QKD），它能弥补现有方法中硬件易遭黑客攻击的漏洞。如今，中国团队在城市尺度演示了该技术，这一进展可能为构建无需信任假设的安全量子互联网铺平道路。

大多数加密技术基于通过密钥解密的简单原理，挑战在于确保密钥不被破解或拦截。例如，一种流行加密方案的密钥基于大数字的质因数，破解需巨大努力，但未来十年可能出现的大型量子计算机可快速完成。瑞士量子网络安全公司ID Quantique的首席执行官格雷瓜尔·里博迪称：“就IT安全而言，那基本上就是明天的事。”

量子密钥分发（QKD）是一种解决方案，它将密钥编码在光子等粒子的量子态中。由于量子态不可复制且测量会干扰，窃听难以进行且易被检测。ID Quantique已在数百公里的量子网络部署QKD以保护数据，但QKD并非完美，若传输粒子的硬件有缺陷，攻击仍可能潜入。

DI-QKD无需信任硬件，它利用量子力学的另一特性——纠缠，即远距离量子粒子的属性紧密关联。纠缠具有“一夫一妻制”：若两个粒子最大纠缠，其他粒子无法加入。发送方和接收方在网络中纠缠一对粒子后，可通过测试确认粒子属性的强相关性（远超随机），完成“握手”后确保信道只有双方，再通过对纠缠粒子的其他测量建立密钥，可放心共享。

因斯布鲁克大学物理学家特蕾西·诺瑟普表示：“这在5年、10年或50年内都不会被破解，无需再玩猫鼠游戏，这是一种无法作弊的方法。”

2022年，英国团队用激光捕获并纠缠两个分离离子，实现DI-QKD密钥共享，但仅能传输约2米。如今，中国科学技术大学潘建伟团队将其扩展到实用距离：经过26天数据收集，他们在11公里距离上成功建立并共享密钥（研究发表于《科学》），理论上若收集约23年数据，可传输100公里。

中国实验室中，研究人员在盘绕的光纤两端用激光捕获铷原子并稳定，诱导原子发射单光子使分离原子纠缠，最后将光子波长转换为可在光纤中远距离传输的通信波段。潘建伟称：“经过多年努力，这不再是理论构想，我们很开心。”

里博迪提醒，DI-QKD仍复杂昂贵，距实际应用至少需十年，“实验室演示与产品有巨大差距”。

尽管如此，诺瑟普认为这是迈向全球量子互联网愿景的关键一步。她正研发量子中继器，理论上可将DI-QKD连接串联至数千公里。潘建伟团队计划探索利用太空卫星进行DI-QKD。

诺瑟普表示，量子互联网有望实现无需依赖诚信建立信任的世界：“我认为这是利用量子物理的基本特性改善生活的方式。”