芝加哥扩展并激活量子网络，迈向安全的量子互联网

北京时间6月17日消息（余予）芝加哥大学普利兹克分子工程学院芝加哥量子交易所 (CQE) 的科学家们昨日宣布，他们首次将芝加哥市和郊区的实验室用量子网络连接起来——几乎是美国最长量子网络长度的两倍。芝加哥网络即将向学术界和工业界开放，它将成为美国首批公开可用的量子安全技术测试平台之一。

（图源：CQE）

该网络目前正在使用东芝提供的技术积极运行量子安全协议，通过光缆在芝加哥和西郊之间以每秒超过8万个量子比特的速度分发量子密钥。东芝参与该项目，使芝加哥网络成为学术界、政府和工业界之间的独特合作。

研究人员将使用芝加哥网络测试新的通信设备、安全协议和算法，最终将连接全国和世界各地的远程量子计算机。这项工作代表了迈向国家量子互联网的下一步，这将对通信、计算和国家安全产生深远的影响。

在阿贡国家实验室于2020年启动的89英里（144 公里）量子环路的基础上，建立了一个新的35英里（56 公里）扩展。今天宣布的整个网络现在由六个节点和124英里（200公里）的光纤——在位于莱蒙特郊区的美国能源部阿贡国家实验室和芝加哥南部的两座建筑物之间传输携带量子编码信息的粒子，一栋在芝加哥大学校园，另一栋在芝加哥的CQE总部海德公园附近。它将芝加哥置于美国最大的量子网络之一的中心，并进一步巩固了该地区作为全球领先的量子研究中心的地位。

“芝加哥量子网络为研究人员提供了前所未有的机会，可以在现实世界环境中传输量子信息，并突破目前量子安全协议的可能性，”芝加哥大学Liew家族教授、芝加哥量子交易所主任、阿贡能源部国家量子信息科学研究中心Q-NEXT主任David Awschalom表示，“这一扩展使来自学术界、工业界和政府实验室的科学家能够合作，推进我们对量子通信的基本理解并开发一个安全的量子互联网。”

“虽然这个网络在其范围内令人印象深刻，但它作为如何使用量子网络的实验测试平台更为重要。我们期待与CQE合作，探索量子网络架构的开发，以新的、令人兴奋和有用的方式将量子传感器和计算机连接在一起，”波音公司颠覆性计算和网络团队首席科学家Jay Lowell表示。

量子计算机的兴起代表着巨大的机遇，也代表着根本性的威胁。一旦投入使用，它们有望解决普通计算机几乎不可能解决的各种问题，从而轻松破解当前加密。今年4月，美国议会议员推出《量子网络安全准备法案》，该法案优先考虑及时对敏感信息进行防量子加密，以便不法分子现在无法窃取数据，但在更强大的量子计算机成为现实时对其进行解密。

科学家们认为，量子网络可以利用量子力学定律变得几乎“不可破解”。世界各地的专家一致认为，量子安全通信网络的实施是21世纪最重要的技术前沿之一。

可以使用量子密钥分发来实现防黑客加密，这是与东芝合作于2022年6月6日在芝加哥地区量子网络上激活的量子安全技术。密钥分发是大多数互联网安全的常规部分，但量子技术可以使其几乎不受黑客攻击。在量子密钥分发中，秘密数字密钥使用量子安全协议在传递敏感数据的各方之间分发。量子密钥通过光粒子通过光纤网络发送，利用光子的量子特性对构成密钥的比特进行编码。任何拦截光子的尝试都会破坏它们所持有的信息。

这种不可破解的通信在任何地方都有应用，其中安全通信特别重要，包括金融、国防、投票等行业。

“随着网络试验的开始，我们很高兴继续与芝加哥量子交易所合作，”东芝数字解决方案副总裁Yasushi Kawakura表示，“我们开发量子防护技术以主动防御来自量子未来的威胁至关重要。”

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