王雅文|特約編輯
超級電腦都難以破解的 RSA 加密演算法,是目前保護資訊網路系統通訊安全的主流。但對量子電腦來說,透過秀爾演算法,只需幾秒鐘便能破解。因此,世界各國團隊都積極投入「量子加密通訊網路技術 (Quantum Encryption Communication Network Technology)」研發,以保障國家資訊安全。
近日國科會與清華大學共同宣布,成功打造出臺灣第一個量子加密通訊網路。記者會現場展示了這套加密通訊系統,通話過程音質清晰,一旦有人竊聽,系統就會立即發出警示,竊聽者就只能聽到雜訊。負責此項研發的清華大學量子加密通訊網路研究團隊,由物理系褚志崧教授領軍,團隊成員包括黃聖耀、蔡宗穎、陳彥儒、楊竣堯、施彥安、鄭畯元、高永成、王昭元、郭智雯、劉呈泓等碩博士生及博士後研究員。
量子加密通訊網路技術,是利用量子的「不可複製原理 (Non-cloning Theorem)」及「測不準原理 (Uncertainty Principle)」來設計新的加密方式。在訊號之間建立對應且難以破解的量子金鑰,由於量子的特性,所製造出的金鑰在理論上是完全隨機且無法被竊取的。任何在量子通訊頻道攔截量子粒子的嘗試,都會不可逆地改變量子粒子的狀態,並且因此可以被原本在交換資訊的兩方檢測到。
褚志崧教授解釋,量子加密技術主要是運用量子力學的測不準原理,由於量子之間的相干性,任何動作都會改變另一方的狀態。以 A、B 兩端舉例,如果駭客想竊聽 A 端,破壞了彼此的同調性,將導致 B 端改變,除了沒有辦法複製這些量子位元所組成的字串,也無法在不擾亂的情況下竊取內容,駭客的行為也一定會被發現,因此無論花再多的時間計算也無法破解,可達到永久加密的目標。
早在 2019 年,褚志崧教授團隊與清華前瞻量子科技研究中心,就建置了一條長達 3.44 公里的量子通訊線路,完成臺灣第一次的量子加密通訊測試,當時是利用自製的單光子光源。此次,為簡化量子加密系統的操作並增加實用性,團隊改採用時間編碼的「弱同調態」技術,也就是以較簡易的衰減雷射脈衝來取代量子光源,大幅提升量子金鑰產率,也提升傳輸速度,並採用星狀網路有效連結多個用戶端點,成功地讓量子通訊速度比先前提升了 100 倍。
目前這套量子加密通訊系統,將先應用在提升清大與交大間光纖網路的安全性,下一階段將在中華電信執行實際光纖測試,未來將可應用於金融財務、電子商務及國防通訊上。
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