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臺灣量子加密通訊網路 清大教授成功研發「量子加密」對抗「量子駭客」

日期:108年11月26日

發稿單位:自然科學及永續研究發展司

聯絡人:林蓮宣博士

電話:(02)2737-7514

 Email:lhlin@most.gov.tw

    美國科技界龍頭谷歌十月底對外宣布,他們研發多年的「量子電腦」僅花了兩百秒的時間就完成了全球最快的超級電腦需要一萬年才能處理的數學運算。這種運算效能遠比你我電腦還要強大的「量子機器」,如同電影「模仿遊戲」裡英國數學家艾倫圖靈為了破譯德軍機密精心設計的機器般,不僅使谷歌成為眾多「量子電腦」追逐者(例如其他科技龍頭IBM、微軟、英特爾等)的領先者,也可能迫使全球數百億商機的電子商務和國防安全不得不面對前所未見的資安威脅。

在全球籠罩在這股來勢洶洶的「量子威脅」當下,科學家也加快腳步發展足以抗衡量子電腦攻擊的「量子加密」。就像在電影「復仇者聯盟:終局之戰」裡復仇者們欲借助量子世界的神奇力量來阻止憾事的發生,當今的科學家正秉持這種信念對抗量子電腦的威脅。2016年中國科技學術大學的科學家利用低軌道衛星證實了「量子加密」在遠距離通訊是可行的,這種新技術倚賴的量子物理原理與量子電腦相同,不只無法被破解,還可以示警駭客的存在。

在科技部及教育部共同的支持下,前瞻量子科技研究中心量子通訊組褚志崧副教授日前率領國立清華大學物理系研究生黃聖軒、高永成、吳至翔、張進宣,成功完成台灣第一次的量子加密通訊測試。褚志崧副教授使用「光子」(光的最小組成粒子)在光纖網路內傳遞加密需要的密碼。在量子的世界裡,這些極其微小的粒子展現許多違反直覺的量子特性,其中之一就是和「分身術」相似的狀態疊加性。這種「量子分身術」提高了量子電腦的運算能力,也讓量子加密通訊擁有完美的安全性。

不過,戶外的環境替量子加密通訊增添了不少挑戰。褚志崧副教授的研究團隊為了減少溫度變化和地面震動對量子加密的干擾,把每個光子均勻的散佈在數個脈衝波內,再讓光子進入數公里長的清大校園光纖網路傳遞密碼。光子陸續抵達接收端的「量子解碼器」後,被進行分析並產生完整的密碼,這些完全保密的密碼最後經過「一次性密碼本」完成最終的加密通訊。這項重要成果是由科技部和教育部經費支持,在測試期間也受益於通訊所馮開明教授團隊、清大計通中心和交大資技中心的協助。褚志崧副教授的下一個目標是在新竹科學工業園區旁建構一個量子通訊網路,為更大型的量子網路鋪路。台灣雖然在量子通訊起步較晚,但這項計畫也正式宣告台灣加入「量子復仇者們」,一起對抗使用量子電腦的「量子駭客」。

 

 

 

研究成果聯絡人

褚志崧教授

前瞻量子科技研究中心

國立清華大學物理學系

電話:(03)5742548

Email:cschuu@phys.nthu.edu.tw

 

牟中瑜教授

前瞻量子科技研究中心

國立清華大學物理學系

電話:(03)5742537

Email:mou@phys.nthu.edu.tw

1 量子加密通訊網路示意圖(實線為已完成路線,虛線為計畫完成路線

 

量子加密通訊技術資訊
光子傳遞方式 校園光纖網路
光子傳遞距離 3.44公里
金鑰分發協定 差分移相量子金鑰分發
位元編碼方式 相位差
加密應用 一次性密碼本
光源 弱同調脈衝
光子波長 1550 nm
單元脈衝數 3
單元平均光子數 0.1
弱同調脈衝寬度 5 ns
金鑰產生率 1.5 Mbit/s
金鑰接收率 140 kbit/s
位元錯誤率 2.5 %
單光子偵測效率 10 %
偵測器暗計數率 80 Hz
偵測器空檔時間 2 μs