眾所周知，量子計算是一個偉大的概念，無論是影視作品中的時空穿越，還是現(xiàn)實中的“量子霸權(quán)”，實現(xiàn)難度、巨大成本都決定了它十分“高冷”，距離大眾生活也比較遙遠。據(jù)報道，三星將在5月推出全球首款量子加密智能手機“GALAXY Quantum”。

甚至如果有打著“量子”旗號的民用，直接判定為騙子，大概率都不會誤傷?，F(xiàn)在三星要將量子力學(xué)發(fā)放到人手一部的手機上?

是三星背著全行業(yè)偷偷補了課，還是事情本身別有玄機呢?

量子加密，可能三星和你想的不一樣

從三星對外公布的細節(jié)來看，所謂的量子加密手機，實現(xiàn)方式就是在三星Galaxy A71 5G手機上，搭載由本地運營商 SK電訊開發(fā)的量子隨機數(shù)生成芯片(QRNG)。

這也并不是什么新技術(shù)。早在2017年，韓國SK電訊就對外推出了這款芯片，即采用量子密鑰分配(QKD)技術(shù)的新型光纖中繼器。這款芯片可以通過測量光量子態(tài)得到的隨機數(shù)來加密信息。因為具有隨機性，也就基本上阻斷了被黑客破譯密碼的可能。

但QRNG 的工作機制并不是按照量子力學(xué)原理，基于非常高的計算速度來生成完全不可預(yù)知的隨機序列，也只有這樣才能提升密碼系統(tǒng)安全的破解難度。

而所謂的量子隨機數(shù)生成器 QRNG ，其實就是 RNG 的一種。也就是依靠計算機模擬，基于算法生成偽隨機數(shù)，或是從經(jīng)典物理噪聲(如熱噪聲，電噪聲等)中提取隨機數(shù)。然后利用隨機數(shù)生成，來加密互聯(lián)網(wǎng)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

RNG的風(fēng)險就是，由于隨機數(shù)是根據(jù)算法生成的，所以一旦黑客找到了所使用的算法，就很有可能讓用戶隱私暴露在危險之下。

三星的量子加密手機解決方案，就是利用CMOS 圖像傳感器捕獲的光源散粒噪聲產(chǎn)生隨機序列，說白了還是經(jīng)典RNG的思路。

當(dāng)然，QRNG芯片能夠在智能手機上搭載，也算是不小的進步。因為早在2017年，QRNG芯片的體積，相對智能手機而言也都比較大，并且價格也在數(shù)百到數(shù)千美元。比如SKT量子技術(shù)實驗室此前推出的超小型 QRNG 芯片，也有5*5厘米，更適合應(yīng)用在軍事、IoT等設(shè)備上。

所以，說三星這款手機的“量子”是假的，不太準(zhǔn)確，因為SK電訊確實擁有量子加密技術(shù);但要說是真“量子”，顯然跟大眾對于量子計算的期待還相去甚遠。

走下神壇之后，量子手機還有多遠?

盡管三星打了一個非常容易被戳破的擦邊球，但還是引發(fā)了不少網(wǎng)友的好奇。量子手機，距離普羅大眾到底還有多遠?

量子計算的能力不必多說了，去年谷歌宣布的“量子霸權(quán)”，就讓量子系統(tǒng)用約200秒完成傳統(tǒng)超級計算機要花1萬年才能完成的任務(wù)。這讓很多人開始擔(dān)心，量子時代的到來會不會沖垮現(xiàn)在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的所有密碼體系。

不過每一道烏云都鑲有銀邊，量子計算同時也為人類提供了一種絕對安全的保密通訊方式——量子加密通信，以保證量子計算機時代，密碼依然能夠被安全地保存。

某種程度上，量子加密(以及延伸的量子通訊)，可以說是量子計算本身最接地氣的應(yīng)用了。

平易近人到什么程度呢?在最近的“新基建”戰(zhàn)略方案中，量子通信工程已經(jīng)不被奉為神祗了。因為利用量子技術(shù)傳遞密鑰(信息本身仍通過光纖來傳送)的量子加密通信，已經(jīng)有不少成熟的技術(shù)方案，并且產(chǎn)業(yè)鏈日益狀態(tài)，一些地方已經(jīng)開始試建網(wǎng)絡(luò)了。

比如“墨子號”科學(xué)實驗衛(wèi)星的發(fā)射，就使我國在世界上首次實現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信。“京滬干線”城際量子通信網(wǎng)絡(luò)，也已經(jīng)建成，全程2000多公里。而早在2012年，合肥城域量子通信試驗示范網(wǎng)正式建成。這樣城域、城際、地空覆蓋的量子通信網(wǎng)絡(luò)，其實早在大眾不經(jīng)意間與我們生活在同一片天地中。

那么，阻礙“真·量子加密通訊”飛入尋常百姓家的原因是什么呢?

一是芯片。盡管量子通信走下了神壇，但真正的量子芯片(而非QRNG)依然是高嶺之花。去年谷歌、微軟就為此打出了“狗腦袋”。你方唱罷我登場，互相爭奪“量子霸權(quán)”，搶發(fā)更高量子比特的計算芯片。

而這種集成了大量量子邏輯單元的芯片，由于能力強大，甚至突破傳統(tǒng)計算機的算力極限。所以一方面能力不夠泛化，往往只能做幾種特定運算，并不符合人們對移動智能千變?nèi)f化的應(yīng)用訴求。這樣的量子芯片，自然也距離個人消費電子很遙遠了。

二是可用性。真正量子加密的實現(xiàn)邏輯是，基于二極管激光器隨機發(fā)射光子的量子隨機數(shù)發(fā)生器，將這些波導(dǎo)集成到芯片上，與電子設(shè)備和探測器一起以極高的速度運行，將光信號轉(zhuǎn)換成信息。

由于量子密鑰是通過測量光量子態(tài)得到的結(jié)果，所以狀態(tài)也是隨機的。攻擊者即使截取了量子信號，想要根據(jù)結(jié)果重新制備一個量子發(fā)送給接收方，都會改變單量子狀態(tài)，不可避免地導(dǎo)致偏差，自然也就無法破解。

但光子發(fā)射卻很難控制，溫度高點、低點，甚至諧振器發(fā)生震動，都會影響它們的動作。絕大多數(shù)量子發(fā)射器必須保持在絕對零度，也就是 -273℃，運行條件需要隔音、隔熱、隔電磁……

2018年《自然》雜志刊登了一篇論文，史蒂文斯技術(shù)學(xué)院和哥倫比亞大學(xué)的研究人員，發(fā)明了一種可以生長完美晶體的技術(shù)，以打造可以在 -70℃ 環(huán)境中工作的量子發(fā)射器陣列。然而除了愛斯基摩人，可能沒有人愿意在-70攝氏度玩手機吧?

三是安全性。也許有人會說，既然實現(xiàn)真正意義上的“量子手機”還很遙遠，那通過量子隨機數(shù)生成器QRNG來模擬量子計算，實現(xiàn)“量子手機”也是可以被接受的。但“退而求其次”的結(jié)果就是，這種加密方式并非萬無一失。

和經(jīng)典隨機數(shù)一樣，QRNG芯片也存在器件不完美的問題，從而導(dǎo)致信息泄露。比如黑客可以針對發(fā)射端——光源，或接收端——探測器發(fā)起攻擊。一般為了避免此類攻擊，科研類和商用類量子加密系統(tǒng)都會引入光隔離器這一標(biāo)準(zhǔn)器件。但對于智能手機來說，顯然還沒有相關(guān)隱憂的處理準(zhǔn)備。

從上述角度來看，“量子手機”距離走進大眾視角，還山高水遠。

產(chǎn)業(yè)更迭正當(dāng)時：量子加密的真實打開方式

盡管量子加密目前還不能廣泛應(yīng)用到手機當(dāng)中(三星這種擦邊球不算哦)，但在某些特定領(lǐng)域的商用價值，已經(jīng)開始顯現(xiàn)出來。比較清晰的幾個布局和應(yīng)用場景如下：

1。云端辦公的安全防御。視頻會議軟件zoom的“隱私爆雷”，也讓大眾開始關(guān)注遠程辦公趨勢下的信息安全，尤其國內(nèi)視頻會議系統(tǒng)的使用者大多以大中型企業(yè)、黨政機關(guān)、組織機構(gòu)為主，對視頻會議產(chǎn)品的保密性和安全性提出了更高的要求。

此時，能否借助云計算提供實用化的量子加密通信，可能成為云服務(wù)商有效拉開競爭身位的關(guān)鍵。

2。智慧產(chǎn)業(yè)的數(shù)據(jù)安全。金融、醫(yī)療以及軍事等領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)安全的重視程度，也讓傳統(tǒng)加密技術(shù)顯得力不從心。與此同時，這些機構(gòu)也更愿意為加密技術(shù)砸下重金。比如東芝就宣布在今年九月份，將其加密技術(shù)應(yīng)用在美國金融及醫(yī)療機構(gòu)。中國合肥的新一代政務(wù)云體系中，也將構(gòu)建獨立的量子通訊傳輸通道，對重要業(yè)務(wù)系統(tǒng)傳輸運用量子加密技術(shù)。可以想見，不遠的未來，量子加密伴隨著通信網(wǎng)絡(luò)的逐步提升，也會成為為大眾信息保駕護航的基礎(chǔ)。

3。海量物聯(lián)的安全長板。5G的到來，也讓泛在的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開始暴增，Business Insider Intelligence預(yù)測：“到2023年，消費者、公司和政府將在全球安裝400億個IoT設(shè)備?！?

與此同時，傳統(tǒng)加密方法很難支撐智能終端設(shè)備的信息安全需求。所以，使用量子加密來幫助保護IoT中的通信，可能是快速增長的物聯(lián)網(wǎng)連接的解決方案。可以想見，量子加密對現(xiàn)有商業(yè)場景的絕對重構(gòu)，其價值不低于云計算。