量子計(jì)算機(jī)即將成為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的顛覆性力量。和現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)相比,量子計(jì)算機(jī)在某些特定任務(wù)中的計(jì)算速度驚人,耗電量也更小。但是量子計(jì)算機(jī)也會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患:它們能夠破解目前大部分的數(shù)據(jù)保護(hù)加密代碼,使得銀行系統(tǒng)和安全信息更易遭到攻擊。目前計(jì)算機(jī)安全基本依賴數(shù)學(xué) 運(yùn)算,常規(guī)計(jì)算機(jī)需要幾十億年時(shí)間才能破解這些密碼,因此現(xiàn)階段具有很強(qiáng)的安全性。在未來(lái),量子計(jì)算機(jī)算力大幅度提升,破解這種加密方式的難度也隨之降低。因此,針對(duì)未來(lái)的量子計(jì)算機(jī),需要開(kāi)發(fā)一種依賴物理學(xué)定律的新型加密方式。
針對(duì)此類問(wèn)題,目前可行的解決方案是:利用單個(gè)光子的量子特性,將信息安全地加密,使得信息的發(fā)送方和接收方都能馬上監(jiān)測(cè)到任何針對(duì)這條信息的攻擊意圖。但是找到合適的單個(gè)光子來(lái)源是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。耶路撒冷希伯來(lái)大學(xué)Racah物理研究院的Ronen Rapaport教授、Hamza Abudayyeh博士與來(lái)自德國(guó)圖賓根大學(xué)的Monika Fleischer教授、Annika Mildner教授組成的研究小組在該領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展。他們的研究最近發(fā)表于《ACS Nano》,讓我們離簡(jiǎn)單高效的量子加密方式更進(jìn)一步。
研究人員在實(shí)驗(yàn)室中工作(Credit Yitz Woolf)
銀行和政府部門已經(jīng)大力投資依賴激光束的量子加密技術(shù)。然而,激光束有時(shí)一次釋放多個(gè)光子,有時(shí)卻不釋放任何光子,要達(dá)到最強(qiáng)的安全性,光子的來(lái)源需要能夠在室溫條件下、在相同方向快速穩(wěn)定地發(fā)射單光子流。
希伯來(lái)大學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一套利用熒光晶體的系統(tǒng)。這些熒光晶體稱為“量子點(diǎn)”,體積微小,是頭發(fā)直徑的幾千分之一,需要通過(guò)特殊的顯微鏡觀察。激光束照射在量子點(diǎn)上,使其發(fā)出熒光,并發(fā)射單光子流。
這些量子點(diǎn)分別安裝到了金色針頭上。這些針頭均為納米級(jí)別,比普通的針頭小幾十萬(wàn)倍,因此也被成為納米錐。納米錐可以將量子點(diǎn)釋放的光子數(shù)量增加20倍。接下來(lái),作為天線的“布拉格光柵”將這一串光子沿同一方向發(fā)射。
希伯來(lái)大學(xué)和圖賓根大學(xué)研發(fā)的裝置不僅可以應(yīng)用在量子加密領(lǐng)域,還可以應(yīng)用在其他依賴量子比特加密信息的場(chǎng)合,如量子計(jì)算。Ronen Rapaport分享道:“我們目前的設(shè)計(jì)原型將有潛力進(jìn)行商業(yè)化。”
量子加密的優(yōu)勢(shì)在于物理決定論。Hamza Abudayyeh解釋道:“數(shù)學(xué)問(wèn)題可以非常復(fù)雜,但卻容易遭到攻擊和破壞。而基于量子的安全系統(tǒng)就大不相同:科學(xué)定律無(wú)法打破,無(wú)論做出怎樣的嘗試,單個(gè)光子都無(wú)法再分裂。”該團(tuán)隊(duì)目前正在進(jìn)一步提升這一裝置,增強(qiáng)釋放單光子流的可靠性和效率,使之能夠應(yīng)用于更廣泛的量子技術(shù)中。
關(guān)于耶路撒冷希伯來(lái)大學(xué)
耶路撒冷希伯來(lái)大學(xué)是以色列領(lǐng)先的學(xué)術(shù)和科研機(jī)構(gòu),躋身世界百?gòu)?qiáng)大學(xué)之列,共有來(lái)自90多個(gè)國(guó)家的2.5萬(wàn)名學(xué)生。1918年,阿爾伯特·愛(ài)因斯坦和西格蒙德·弗洛伊德等著名學(xué)者創(chuàng)立了希伯來(lái)大學(xué)。迄今為止,希伯來(lái)大學(xué)教授和校友共獲得8項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng),1項(xiàng)菲爾茲獎(jiǎng)和1項(xiàng)阿貝爾獎(jiǎng)。
