當地時間6月16日，美國芝加哥量子交易所(CQE)科學家宣布，首次使用量子密鑰分發網絡(QKD)來連接芝加哥市和郊區的實驗室。目前，東芝已在這條近200公里長的量子密鑰分發網絡進行量子安全試驗。

圖片來自美國芝加哥量子交易所(CQE)

芝加哥量子交易所(CQE)位于芝加哥大學，由芝加哥大學、伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校、西北大學、威斯康星大學麥迪遜分校、費米國家加速器實驗室、美國能源部阿貢國家實驗室共同創立。

此前，日本綜合電子電器企業東芝和美國芝加哥量子交易所在今年4月宣布，啟動一條量子密鑰分發網絡鏈路，使用東芝的多路復用QKD單元，以連接芝加哥大學與美國能源部阿貢國家實驗室(ANL)。

目前，芝加哥量子密鑰分發網絡的長度已拓展至124英里，約為200公里，是此前美國最長QKD網絡的近兩倍長度。這條QKD網絡由6個節點和124英里光纖組成，在位于Lemont郊區的美國能源部阿貢國家實驗室到芝加哥南部的兩棟建筑之間，傳輸攜帶著量子編碼信息的粒子。兩棟建筑分別位于芝加哥大學校園和芝加哥海德公園附近的CQE總部。

據悉，芝加哥QKD網絡將很快向學術界和相關行業開放，即將成為美國首批公開的量子安全技術測試平臺之一。該網絡使用東芝提供的技術積極運行量子安全協議，通過光纖在芝加哥和西部郊區之間，以超過每秒八萬量子比特的速度進行量子密鑰分發。東芝參與該QKD網絡項目，也標志著學術界、政府和行業之間在量子QKD網絡方面的合作。

研究人員將使用芝加哥QKD網絡來測試新的通信設備、安全協議和算法，這些設備最終將連接到美國以及世界各地的遠程量子計算機。這項工作有助于進一步建立國家級量子互聯網(national quantum internet)，將對其通信、計算和國家安全產生深遠影響。

2020年，美國能源部(DOE)在芝加哥大學舉行的新聞發布會上公布了量子互聯網發展的戰略藍圖。但究竟什么是量子互聯網？中國科學院院士、中國科學技術大學教授潘建偉認為，互聯網是用于傳遞、處理和儲存經典信息的全球性系統。量子互聯網則可以對量子信息進行同樣的傳遞、處理和存儲。量子互聯網首要的實際任務是以一種無條件安全的方式進行全球性的密鑰共享（即量子信息是完全防篡改的）。量子比特和量子糾纏（量子比特互相關聯的狀態）將是量子互聯網的基本資源。這一系統將實現眾多量子信息任務，包括任意節點之間的量子隱形傳態、分布式量子計算和高精度量子測量。

科學家預見到，量子計算機既帶來了機遇，也存在根本威脅。一旦量子計算機投入使用，雖有望解決普通計算機幾乎無法解決的復雜問題，但也能輕松破解當前加密技術。今年4月，美國國會議員提出了《量子網絡安全防范法案》(Quantum Cybersecurity Preparedness Act)，該法案優先考慮對敏感信息進行及時的抗量子加密，防止不法分子竊取現在的數據，再利用以后的量子計算機進行解密。

因此，科學家認為實現量子安全通信網絡是21世紀最重要的技術前沿之一。

密鑰分發是大多數互聯網安全的重要組成部分，而量子技術可以幫助更好防御黑客攻擊。在量子密鑰分發中，利用量子安全協議在傳輸通信敏感數據的各方之間分發加密的數字密鑰。量子密鑰通過光子經過光纖網絡進行傳輸，利用光子的量子特性對組成密鑰的量子比特進行編碼。這種不可破解的通信在很多領域都具有應用價值，包括金融、國防等行業。

“隨著此次QKD網絡試驗的開展，我們很高興能繼續與芝加哥量子交易所合作。”東芝數字解決方案副總裁Yasushi Kawakura說，“最重要的是，我們要開發抗量子技術，主動防御未來的量子威脅。”