量子計算機即將成為計算機領域的顛覆性力量。和現在的計算機相比,量子計算機在某些特定任務中的計算速度驚人,耗電量也更小。但是量子計算機也會帶來嚴重的安全隱患:它們能夠破解目前大部分的數據保護加密代碼,使得銀行系統和安全信息更易遭到攻擊。目前計算機安全基本依賴數學 運算,常規計算機需要幾十億年時間才能破解這些密碼,因此現階段具有很強的安全性。在未來,量子計算機算力大幅度提升,破解這種加密方式的難度也隨之降低。因此,針對未來的量子計算機,需要開發一種依賴物理學定律的新型加密方式。
針對此類問題,目前可行的解決方案是:利用單個光子的量子特性,將信息安全地加密,使得信息的發送方和接收方都能馬上監測到任何針對這條信息的攻擊意圖。但是找到合適的單個光子來源是一項重大挑戰。耶路撒冷希伯來大學Racah物理研究院的Ronen Rapaport教授、Hamza Abudayyeh博士與來自德國圖賓根大學的Monika Fleischer教授、Annika Mildner教授組成的研究小組在該領域取得了突破性進展。他們的研究最近發表于《ACS Nano》,讓我們離簡單高效的量子加密方式更進一步。
研究人員在實驗室中工作(Credit Yitz Woolf)
銀行和政府部門已經大力投資依賴激光束的量子加密技術。然而,激光束有時一次釋放多個光子,有時卻不釋放任何光子,要達到最強的安全性,光子的來源需要能夠在室溫條件下、在相同方向快速穩定地發射單光子流。
希伯來大學團隊研發出一套利用熒光晶體的系統。這些熒光晶體稱為“量子點”,體積微小,是頭發直徑的幾千分之一,需要通過特殊的顯微鏡觀察。激光束照射在量子點上,使其發出熒光,并發射單光子流。
這些量子點分別安裝到了金色針頭上。這些針頭均為納米級別,比普通的針頭小幾十萬倍,因此也被成為納米錐。納米錐可以將量子點釋放的光子數量增加20倍。接下來,作為天線的“布拉格光柵”將這一串光子沿同一方向發射。
希伯來大學和圖賓根大學研發的裝置不僅可以應用在量子加密領域,還可以應用在其他依賴量子比特加密信息的場合,如量子計算。Ronen Rapaport分享道:“我們目前的設計原型將有潛力進行商業化?！?
量子加密的優勢在于物理決定論。Hamza Abudayyeh解釋道:“數學問題可以非常復雜,但卻容易遭到攻擊和破壞。而基于量子的安全系統就大不相同:科學定律無法打破,無論做出怎樣的嘗試,單個光子都無法再分裂。”該團隊目前正在進一步提升這一裝置,增強釋放單光子流的可靠性和效率,使之能夠應用于更廣泛的量子技術中。
關于耶路撒冷希伯來大學
耶路撒冷希伯來大學是以色列領先的學術和科研機構,躋身世界百強大學之列,共有來自90多個國家的2.5萬名學生。1918年,阿爾伯特·愛因斯坦和西格蒙德·弗洛伊德等著名學者創立了希伯來大學。迄今為止,希伯來大學教授和校友共獲得8項諾貝爾獎,1項菲爾茲獎和1項阿貝爾獎。
