从现在到2030年的某个时候，保护所有数字通信的数学系统可能会成为高级量子系统的牺牲品。为这一时刻做准备，可能需要我们重新改造网络本身。

正如我们今天所知，量子威胁将基本上摧毁网络的安全，”布鲁诺•赫特纳(Bruno Huttner)宣称，他是总部位于瑞士的ID Quantique公司日内瓦量子战略计划的负责人。自世纪之交以来，没有任何一个商业组织比它更直接地参与到未来量子计算机网络的科学发展和工作理论中。

有一类理论涉及加密安全性。一旦量子计算机(QC)突破了目前由公钥加密技术(PKC)控制的大坝，世界上的每一条加密信息都将受到攻击。这就是赫特纳的“量子威胁”。

“一个量子安全的解决方案，”他在10月底的欧洲量子技术2020大会上继续说道，“可以有两个非常不同的方面。一种是使用经典的方法来解决量子威胁。另一种是用量子来对抗量子，而这正是我们在ID Quantique做的大部分时间。”

有一种被称为后量子密码学(PQC)的运动，一旦量子方法变得可靠，它将努力产生更健壮的经典方法来确保加密通信的安全。Huttner采用的另一种方法是通过量子方法对所有通信进行加密。

量子密钥分配(QKD)涉及到由QC生成一个加密密钥，用于通过量子信息网络(QIN)发送消息。

按照我们今天的想法，将QIN与电子互联网连接在一起，在物理上是不可能的。直到最近，能否创造出一种机制来在这两个系统之间交换有用的信息一直是一个悬而未决的问题，无论它变得多么奇妙或复杂。在物理学层面上，这两个系统处于不同的存在层面。

量子互联网能连接非量子计算机吗?

然而，在IQT欧洲(IQT Europe)，人们看到了希望。

轨道卫星组件制造商泰利斯阿莱尼亚空间公司负责电信和导航系统研究的马西亚斯·范登·博舍说:“我不明白为什么需要量子计算机来运营量子信息网络。”基本上任务会相当简单。”

Van Den Bossche在IQT欧洲的一次演讲中所暗示的含义，在今天可能还不是不言自明的，尽管它们肯定会在历史的进程中发生。量子信息网络(QIN)是一个理论概念，使成对的量子计算机(QC)相互缠绕，就像它们在物理上连接在一起一样。QIN连接的产品与其说是两个处理器的接口，不如说是两个系统的绑定，其结果的计算极限将是两个系统量子成分(即量子位)总和的2次方。这是可行的，只要我们的运气能像我们目前所做的那样利用量子力学，继续对我们有利。

Van Den Bossche的推测并不是要暗示量子网络可以用同样的方式将传统的电子计算机捆绑在一起——例如，给任何两台台式计算机提供相当于其字节总和的2次方的组合内存。量子网络只适用于量子计算机。但如果他是正确的，那么将一台经典计算机连接到QC的内存系统，并在这样的系统上传输大量数据的问题，就可以在不增加量子组件的情况下解决，否则将使每个连接的QC更加不稳定。

“最终，在未来，我们希望让每个人都能使用量子网络，”荷兰代尔夫特大学的斯蒂芬妮·温纳教授说，她在荷兰的私人/学术合作机构QuTech领导量子互联网项目。“这意味着最终能够在地球上任何地方的本地量子处理器之间实现量子通信。”

量子互联网的主要用途，或许是永久的，将是使QKD能够保护所有的通信。量子加密的信息是由物理而不是数学保护的，所以它不是什么可以被“黑客”攻击的东西。Wehner教授预测，QKD将适用于公共云上的每一笔交易。

“在这里,你应该想象你有一个非常简单的量子装置——量子终端,如果您愿意,”她解释说,“和你使用量子互联网访问远程量子计算机在云中,(所以)可以执行,例如,一个模拟的专用材料,这样云托管提供商的量子计算机无法找到你的材料设计实际上是什么。”

云服务器的任何部分都不能干扰模拟而不破坏它——在量子词典中，导致它被解码。这可能会稍微干扰您的工作，但它不会给云上的恶意参与者任何有用的东西。

创建量子互联网的障碍

• 量子传感器，其作用类似于电子网络中的中继器。(出于这个原因，你可能会听到“量子中继器”这个词，尽管物理学家说这是用词不当。)芝加哥大学的David Awschalom教授，同时也是芝加哥量子交换中心的主任，问IQT欧洲的与会者，“如何在量子领域有效地将光转换为物质，以及如何建立量子中继器?”当两个量子位元通过光纤连接在一起时，它们可以共享奇妙的纠缠特性，但只能在有限的距离内。据Awschalom教授介绍，这种传感器可以处理有效传递缠结所需要的奇怪状态交换，就像一个bucket brigade，使QIN被锁住。
• 单个光子发射量子位元，或者称为“更好的量子位元”，将使QIN耦合经典设备的维护更加确定和易于管理。光子是量子网络的信号。量子存储系统将需要高频率和令人心跳停止的高带宽，这可能只有当光子源可以被精确地观察和维持时才可行。
• 至少在目前，量子存储系统(见上文)是理想的设想。目前，一个高量子位的QC计算单元作为它自己的内存，而一个53量子位的节点可以存储多达253位(大约281.5 tb)的数据，这似乎足够了，只是它完全是易失性的。当一个计算完成时，它可能会完全解码，因此需要某种类型的稳定内存系统来维护，比如数据库。这可能是最高的等级了。
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• 可用的纤维。5G无线部署的努力可能会在这方面有所帮助，为光子网络的连接开辟了道路。东芝研究中心和剑桥大学最近进行的实验表明，电信公司的光纤网络对于量子通信来说是足够可靠的，在那些还没有铺设暗光纤的地方。
• 激光。这里是讨论中被遗忘的元素。我们说的不是从尚未制造的蓝光播放器中回收的激光设备，而是Awschalom对它们的描述:“快速、高功率、毫瓦级泵浦激光器，可以产生高带宽的光学光子，与这些存储器的波长相匹配。”

量子计算“生态系统”目前的规模和广度(如果我们可以这样称呼的话)可能还没有要求投入数十亿美元或欧元来建立该行业所需的所有新基础设施。但在它到来之前，我们可能会遇到Huttner教授所说的观点，那时量子威胁比量子慷慨更迫在眉睫。然后，或许突然之间，投资就会大举涌入。

原文：https://www.zdnet.com/article/quantum-computing-may-make-current-encryption-obsolete-a-quantum-internet-could-be-the-solution/

本文：http://jiagoushi.pro/node/1286

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