东芝在芝加哥建成近200公里长的量子密钥分发网络
当地时间6月16日，美国芝加哥量子交易所(CQE)科学家宣布，首次使用量子密钥分发网络(QKD)来连接芝加哥市和郊区的实验室。目前，东芝已在这条近200公里长的量子密钥分发网络进行量子安全试验。图片来自美国芝加哥量子交易所(CQE)
芝加哥量子交易所(CQE)位于芝加哥大学，由芝加哥大学、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校、西北大学、威斯康星大学麦迪逊分校、费米国家加速器实验室、美国能源部阿贡国家实验室共同创立。
此前，日本综合电子电器企业东芝和美国芝加哥量子交易所在今年4月宣布，启动一条量子密钥分发网络链路，使用东芝的多路复用QKD单元，以连接芝加哥大学与美国能源部阿贡国家实验室(ANL)。
目前，芝加哥量子密钥分发网络的长度已拓展至124英里，约为200公里，是此前美国最长QKD网络的近两倍长度。这条QKD网络由6个节点和124英里光纤组成，在位于Lemont郊区的美国能源部阿贡国家实验室到芝加哥南部的两栋建筑之间，传输携带着量子编码信息的粒子。两栋建筑分别位于芝加哥大学校园和芝加哥海德公园附近的CQE总部。
据悉，芝加哥QKD网络将很快向学术界和相关行业开放，即将成为美国首批公开的量子安全技术测试平台之一。该网络使用东芝提供的技术积极运行量子安全协议，通过光纤在芝加哥和西部郊区之间，以超过每秒八万量子比特的速度进行量子密钥分发。东芝参与该QKD网络项目，也标志着学术界、政府和行业之间在量子QKD网络方面的合作。
研究人员将使用芝加哥QKD网络来测试新的通信设备、安全协议和算法，这些设备最终将连接到美国以及世界各地的远程量子计算机。这项工作有助于进一步建立国家级量子互联网(national quantum internet)，将对其通信、计算和国家安全产生深远影响。
2020年，美国能源部(DOE)在芝加哥大学举行的新闻发布会上公布了量子互联网发展的战略蓝图。但究竟什么是量子互联网？中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟认为，互联网是用于传递、处理和储存经典信息的全球性系统。量子互联网则可以对量子信息进行同样的传递、处理和存储。量子互联网首要的实际任务是以一种无条件安全的方式进行全球性的密钥共享（即量子信息是完全防篡改的）。量子比特和量子纠缠（量子比特互相关联的状态）将是量子互联网的基本资源。这一系统将实现众多量子信息任务，包括任意节点之间的量子隐形传态、分布式量子计算和高精度量子测量。
科学家预见到，量子计算机既带来了机遇，也存在根本威胁。一旦量子计算机投入使用，虽有望解决普通计算机几乎无法解决的复杂问题，但也能轻松破解当前加密技术。今年4月，美国国会议员提出了《量子网络安全防范法案》(Quantum Cybersecurity Preparedness Act)，该法案优先考虑对敏感信息进行及时的抗量子加密，防止不法分子窃取现在的数据，再利用以后的量子计算机进行解密。
因此，科学家认为实现量子安全通信网络是21世纪最重要的技术前沿之一。
密钥分发是大多数互联网安全的重要组成部分，而量子技术可以帮助更好防御黑客攻击。在量子密钥分发中，利用量子安全协议在传输通信敏感数据的各方之间分发加密的数字密钥。量子密钥通过光子经过光纤网络进行传输，利用光子的量子特性对组成密钥的量子比特进行编码。这种不可破解的通信在很多领域都具有应用价值，包括金融、国防等行业。
“随着此次QKD网络试验的开展，我们很高兴能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说，“最重要的是，我们要开发抗量子技术，主动防御未来的量子威胁。”
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