ArthurHerman关于量子，欧洲清楚而我们还不明白的墨子沙龙

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　　导读
　　中国人很清楚这一点；他们正在推进QKD技术以加强他们的网络，来对抗未来的量子计算机。
　　本文翻译自作者近期发表在www.forbes.com网站上的文章＂What Does Europe Know About Quantum We Don’t? ＂。
　　题目中的＂我们＂指美国。
　　亚瑟·赫尔曼： 哈德逊研究所（Hudson Institute）高级研究员和量子联盟倡议（Quantum Alliance Initiative）主任，也是《量子计算：如何应对国家安全风险》（哈德逊研究所，2018年8月）的合著者。他是普利策奖入围者，著有9本书，包括《自由的锻造：美国企业如何在二战中取得胜利》（2012年）；《1917年：列宁、威尔逊与新世界混乱的诞生》（2017年）；《纽约时报》畅销书《苏格兰人如何创造现代世界》（2001）。
　　在拜登总统访问欧洲时，他真应该停下来仔细看看欧盟及一些欧洲国家和实验室正采取什么措施来防止未来的量子计算机攻击——这是这个专栏在过去两年里一直在强调的一个威胁。
　　当美国将所有的量子安全筹码都押注在后量子密码学（PQC）上，也就是科学家和密码学家希望基于数学算法能够抵御未来的量子计算机攻击时，欧洲的科学家、公司和官方机构则在投资一项利用量子科学本身来保护现在和未来几十年的数据和网络的技术。
　　量子密码学。图中，在量子密码装置中，反射在镜子中的是观察者的眼睛。量子密码学基于纠缠原理，纠缠是一对粒子的一种特性，其中一个粒子的变化会对另一个粒子产生瞬时影响，而不管它们相距多远。在这种情况下，密码学是指对数据进行编码，以便只有指定的用户才能访问它。如果数据的发送者和接收者共享纠缠，那么任何数据都只能由他们单独读取。这比现有的加密方法更安全，大多数现有的加密方法依赖于数学算法。摄于奥地利维也纳大学Anton Zeilinger的实验室。（GETTY供图）
　　2018年10月，欧盟委员会启动了＂量子技术旗舰计划＂的第一阶段。这一耗资10亿欧元、为期10年的计划，旨在集中资源往更多领域推进量子技术。其中一项任务包括构建基于量子密钥分发（QKD）的未来通信网络，QKD是一种利用量子力学原理进行密码学的技术。
　　正是基于QKD，形成了欧洲＂量子互联网＂的第一步。未来的＂量子互联网＂是要把量子计算机、量子模拟器和量子传感器连接起来，以实现信息与量子资源的安全分发。
　　今年3月，七个欧盟国家（比利时、德国、意大利、卢森堡、马耳他、荷兰和西班牙）的代表签署了一项协议，在未来十年内开发与部署一套横跨欧盟的基于量子的防黑客通信基础设施（QCI）。克罗地亚、塞浦路斯、希腊、法国、立陶宛、斯洛伐克、斯洛文尼亚、瑞典和芬兰也同意合作建设QCI。
　　与此同时，我国【注：指美国 】国家安全局去年发布了一份文件，不假思索地建议摒弃QKD技术。国家标准与技术研究所（NIST）对未来量子计算机攻击的解决方案也是完全专注于后量子密码学——尽管这些算法尚未针对一台大尺度量子计算机而被验证过（因为这样的量子计算机目前还不存在）。
　　虽然由QKD技术提供的量子安全性已被证明取决于物理学本身的性质，不知为何美国官方依旧对基于量子的数据保护方法和网络如此敏感。与经典物理不同，量子物理本质上是随机的。作为QKD解决方案的基础，量子随机数发生器（QRNG）集成了量子物理的随机性，来为无法被破解的消息和数据加密提供真正的随机数。我们可以将其看作是超级间谍的一次性密码本，任何密码破解者都无法将其破解。
　　通过将QRNG集成到为用户提供的随机生成的加密密钥中，量子密钥分发技术将能够提供更长期的安全性。用户之间的通信依赖于分发一串用于加密消息的独特密钥。该密钥是完全随机的，且只使用一次。QKD能够在遥远的用户之间远程建立这样一串密钥，而这串密钥则可永久抵御传统黑客和量子计算机的攻击。的确，一旦有人试图通过经典或量子黑客来破坏连接，用户将能立即检测到窃听并终止通信。
　　这听起来很异想天开？然而事实上，诸多QKD技术公司已经在以安全性可证的方式部署这项技术。
　　这其中包括瑞士的IDQuantique公司，该公司是制造量子随机通信产品的行业领军者。许多IDQuantique的产品被韩国SK电讯公司（SKT）用于其5G网络的用户认证中心。SKT还将把QKD技术应用到首尔-大田的LTE和5G网，以防止黑客攻击和窃听。
　　当然，不光有欧洲和韩国公司致力于QKD这项技术。澳大利亚公司QLabs拥有一个基于QRNG的qStream产品系统，正被用于保护云中数十亿份高度敏感的法律文档。一家名为Quantum Xchange的美国公司则利用QKD为华尔街的金融市场和新泽西的运营后台之间提供一对多用户的传输，而美国能源部的实验室与一些日本研究组也在进行类似的实验 。
　　目前，实用的QKD系统限于百公里左右的距离。不过，采用可信中继来连接QKD设备的可扩展架构有望实现QKD的大规模应用。利用量子专属光纤也可增大QKD的传输距离。2018年7月，日内瓦大学的Alberto Boaron及其同事实现了超过400公里光纤的QKD传输距离，每秒成码率高达6.5 kbps。
　　北京，2017年1月18日（新华社）--2016年12月9日拍摄的合成照片所显示的卫星-地球链接，这一链接建立于量子卫星＂墨子号＂和中国西藏阿里的量子隐形传态实验平台之间。经过4个月的在轨测试，世界上第一颗量子卫星＂墨子号＂投入使用。中国于2016年8月16日发射了这颗卫星，其名称来源于公元前5世纪的一位中国哲学家、科学家。(新华社发/金立旺摄）
　　通过QKD来实现不可克隆的加密密钥的交换，这必将成为所有高价值数据网络安全的基石。这包括自由空间的QKD，其中量子信号可更自由地传输。中国科学家在2016年发射量子卫星＂墨子号＂时证明了这一点，该卫星可使用QKD技术与多个地面站点进行通信。
　　最重要的是，QKD技术为未来的量子计算机攻击提供了一个基于硬件的解决方案，而QRNG则提供了一种可证明的且目前可用的保密链接。
　　中国人很清楚这一点；他们正在推进QKD技术以加强他们的网络，来对抗未来的量子计算机。这就提出了一个问题：我们到底忽略了哪些中国人和欧洲人对于量子密码学未来发展轨迹的理解？
　　后量子密码学（PQC）现在是且将依旧是至关重要的第一道防线。但现在是美国政府认真考虑QKD等量子密码学这一选项的时候了，不要让中国或我们的欧洲盟友为量子时代构建我们所选择忽视的安全架构。
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　　背景简介：  本文2021年7月11日发表于微信公众号    墨子沙龙   （Arthur Herman：关于量子，欧洲清楚而我们还不明白的），风云之声获授权转载。