借力量子通訊技術(shù)　實(shí)現(xiàn)安全萬物聯(lián)網(wǎng)

　　量子運(yùn)算所帶來的高安全性、傳輸距離無上限、暢通無阻的路徑等愿景，替萬物聯(lián)網(wǎng)(IoE)應(yīng)用開拓?zé)o限可能。據(jù)Semiconductor Engineering網(wǎng)站報(bào)導(dǎo)，量子通訊(Quantum Communication;QC)的基本原理在于，可將量子狀態(tài)在不同地點(diǎn)之間傳輸，而這也是未來超安全通訊網(wǎng)路的基礎(chǔ)。

　　理論上而言，當(dāng)有人對量子進(jìn)行測量或觀察時(shí)，量子便會(huì)改變自身狀態(tài)，因此可確保安全通訊，即使用最簡單的二位元安全金鑰也行，極適合萬物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用平臺。盡管目前離量子加密技術(shù)成熟階段還遠(yuǎn)得很，不過該理論已廣受討論。

　　量子通訊最令人興奮之處，在于量子金鑰分配技術(shù)(Quantum Key Distribution;QKD)使得駭客無法進(jìn)入系統(tǒng)取得金鑰。QKD安全技術(shù)在獨(dú)立量子態(tài)光子(photon)上進(jìn)行隨機(jī)資料編碼，這些光子再透過量子通道進(jìn)行傳輸。

　　若有駭客試圖駭進(jìn)導(dǎo)入QKD技術(shù)的系統(tǒng)，便會(huì)對量子系統(tǒng)本身狀態(tài)造成改變，量子通道誤碼率(Bit Error Rate;BER)增加，并警告用戶量子通道上有不速之客。

　　量子技術(shù)奠基于量子理論的二項(xiàng)基本定律，第一是波粒二象性原理(Wave-particle Duality Principle)，指的是量子會(huì)同時(shí)呈現(xiàn)波動(dòng)性與粒子性行為。不過，許多科學(xué)家也質(zhì)疑波粒二象性的有效程度，認(rèn)為這僅在某些情況下會(huì)有條件地出現(xiàn)，例如波函數(shù)崩陷(wave function collapse)或在二個(gè)量子進(jìn)行互動(dòng)時(shí)。

　　第二是不確定性原理(Uncertainty Principle)，而這對于量子通訊攸關(guān)至極。這項(xiàng)理論指出，當(dāng)對任何對量子特性進(jìn)行測量時(shí)，量子的其他特性便會(huì)受影響，包括疊加(superposition)等等。

　　過去10年，已有科學(xué)家成功建立量子通道。這些實(shí)驗(yàn)指出，加密金鑰可分布于數(shù)十公里通道，用以保持量子纏結(jié)(quantum entanglement)，以及建立安全通訊所必需的可觀察特性。

　　未來科學(xué)家希望達(dá)到數(shù)萬公里規(guī)模，希望至少能達(dá)到3.6萬公里外的同步衛(wèi)星。目前的最高紀(jì)錄是144公里，而大陸與美國也正研究可達(dá)1萬公里的光纖通道。

　　光子為基礎(chǔ)的量子通訊最大挑戰(zhàn)在于，光子會(huì)消失在量子通道當(dāng)中。若中介為光纖，光子將被吸收或散落其中。而在雷射等自由空間(free-space)式媒介當(dāng)中，則沒有雙折射(birefringence)作用。

　　盡管距離變大，光子仍面對背光強(qiáng)度高、擴(kuò)散(diffusion)與吸收(absorption)、大氣擾動(dòng)(atmospheric turbulence)、去相干(decoherence)等問題。量子通訊技術(shù)得解決這些問題才能脫離測試階段。

　　不過，量子通訊技術(shù)還有其他艱鉅的挑戰(zhàn)，包括傳播通道隔絕措施，因?yàn)榱孔游锛坏┡c環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)，便會(huì)失去量子性(quantumness)。而距離也將是一大問題，目前可望透過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器或無線光通訊技術(shù)(Free-Space Optics;FSO)解決，然而若發(fā)射至太空可能會(huì)出現(xiàn)其他阻礙。

　　一旦量子通訊技術(shù)成熟，即可在全球傳輸完全安全、防駭?shù)挠嵪?，影響所及，包括各國政府、軍方，以及銀行等商業(yè)組織還有萬物聯(lián)網(wǎng)都將受益。此外，這些通訊可完全獨(dú)立于網(wǎng)際網(wǎng)路之外。10年后的未來會(huì)有什么技術(shù)發(fā)展很難說得準(zhǔn)，不過，在安全通訊方面預(yù)料將有很大的突破。