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“遇事不決，量子力學(xué)”，已經(jīng)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)常用的吐槽梗了。
所以當(dāng)量子與手機(jī)、隱私、三星等詞匯聯(lián)系到一起的時(shí)候，就有種學(xué)霸突然做起了傳銷的違和感。
最近有不少媒體傳出，三星將在 5 月推出全球首款量子加密智能手機(jī)“GALAXY Quantum”。
我們都知道，量子計(jì)算是一個(gè)偉大的概念，無論是影視作品中的時(shí)空穿越，還是現(xiàn)實(shí)中的“量子霸權(quán)”，實(shí)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(yuǎn)。甚至如果有打著“量子”旗號(hào)的民用，直接判定為騙子，大概率都不會(huì)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(jī)上？
是三星背著全行業(yè)偷偷補(bǔ)了課，還是事情本身別有玄機(jī)呢？
量子加密，可能三星和你想的不一樣
從三星對(duì)外公布的細(xì)節(jié)來看，所謂的量子加密手機(jī)，實(shí)現(xiàn)方式就是在三星 Galaxy A71 5G 手機(jī)上，搭載由本地運(yùn)營(yíng)商 SK 電訊開發(fā)的量子隨機(jī)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(duì)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(cè)量光量子態(tài)得到的隨機(jī)數(shù)來加密信息。因?yàn)榫哂须S機(jī)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(jī)制并不是按照量子力學(xué)原理，基于非常高的計(jì)算速度來生成完全不可預(yù)知的隨機(jī)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(jī)數(shù)生成器 QRNG ，其實(shí)就是 RNG 的一種。也就是依靠計(jì)算機(jī)模擬，基于算法生成偽隨機(jī)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(jī)數(shù)。然后利用隨機(jī)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(xiǎn)就是，由于隨機(jī)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(xiǎn)之下。
三星的量子加密手機(jī)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(jī)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(jī)上搭載，也算是不小的進(jìn)步。因?yàn)樵缭?2017 年，QRNG 芯片的體積，相對(duì)智能手機(jī)而言也都比較大，并且價(jià)格也在數(shù)百到數(shù)千美元。比如 SKT 量子技術(shù)實(shí)驗(yàn)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(jī)的“量子”是假的，不太準(zhǔn)確，因?yàn)?SK 電訊確實(shí)擁有量子加密技術(shù)；但要說是真“量子”，顯然跟大眾對(duì)于量子計(jì)算的期待還相去甚遠(yuǎn)。
走下神壇之后，量子手機(jī)還有多遠(yuǎn)？
盡管三星打了一個(gè)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(jī)，距離普羅大眾到底還有多遠(yuǎn)？
量子計(jì)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(jí)計(jì)算機(jī)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(shí)代的到來會(huì)不會(huì)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(jì)算同時(shí)也為人類提供了一種絕對(duì)安全的保密通訊方式——量子加密通信，以保證量子計(jì)算機(jī)時(shí)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(jì)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?yàn)槔昧孔蛹夹g(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(hào)”科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的發(fā)射，就使我國在世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信?！熬删€”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(yàn)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(shí)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(chǎng)，互相爭(zhēng)奪“量子霸權(quán)”，搶發(fā)更高量子比特的計(jì)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(qiáng)大，甚至突破傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)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(yùn)算，并不符合人們對(duì)移動(dòng)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(gè)人消費(fèi)電子很遙遠(yuǎn)了。
（IBM 的量子計(jì)算機(jī)）
二是可用性。真正量子加密的實(shí)現(xiàn)邏輯是，基于二極管激光器隨機(jī)發(fā)射光子的量子隨機(jī)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(cè)器一起以極高的速度運(yùn)行，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成信息。
由于量子密鑰是通過測(cè)量光量子態(tài)得到的結(jié)果，所以狀態(tài)也是隨機(jī)的。攻擊者即使截取了量子信號(hào)，想要根據(jù)結(jié)果重新制備一個(gè)量子發(fā)送給接收方，都會(huì)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(diǎn)、低點(diǎn)，甚至諧振器發(fā)生震動(dòng)，都會(huì)影響它們的動(dòng)作。絕大多數(shù)量子發(fā)射器必須保持在絕對(duì)零度，也就是?-273℃，運(yùn)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(zhǎng)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(jī)吧？
三是安全性。也許有人會(huì)說，既然實(shí)現(xiàn)真正意義上的“量子手機(jī)”還很遙遠(yuǎn)，那通過量子隨機(jī)數(shù)生成器 QRNG 來模擬量子計(jì)算，實(shí)現(xiàn)“量子手機(jī)”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(jī)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(duì)發(fā)射端——光源，或接收端——探測(cè)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(huì)引入光隔離器這一標(biāo)準(zhǔn)器件。但對(duì)于智能手機(jī)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(jī)”距離走進(jìn)大眾視角，還山高水遠(yuǎn)。
產(chǎn)業(yè)更迭正當(dāng)時(shí)：量子加密的真實(shí)打開方式
盡管量子加密目前還不能廣泛應(yīng)用到手機(jī)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(jià)值，已經(jīng)開始顯現(xiàn)出來。比較清晰的幾個(gè)布局和應(yīng)用場(chǎng)景如下：
1. 云端辦公的安全防御。視頻會(huì)議軟件 zoom 的“隱私爆雷”，也讓大眾開始關(guān)注遠(yuǎn)程辦公趨勢(shì)下的信息安全，尤其國內(nèi)視頻會(huì)議系統(tǒng)的使用者大多以大中型企業(yè)、黨政機(jī)關(guān)、組織機(jī)構(gòu)為主，對(duì)視頻會(huì)議產(chǎn)品的保密性和安全性提出了更高的要求。
此時(shí)，能否借助云計(jì)算提供實(shí)用化的量子加密通信，可能成為云服務(wù)商有效拉開競(jìng)爭(zhēng)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(shí)，這些機(jī)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(jī)構(gòu)。中國合肥的新一代政務(wù)云體系中，也將構(gòu)建獨(dú)立的量子通訊傳輸通道，對(duì)重要業(yè)務(wù)系統(tǒng)傳輸運(yùn)用量子加密技術(shù)。可以想見，不遠(yuǎn)的未來，量子加密伴隨著通信網(wǎng)絡(luò)的逐步提升，也會(huì)成為為大眾信息保駕護(hù)航的基礎(chǔ)。
3. 海量物聯(lián)的安全長(zhǎng)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(cè)：“到 2023 年，消費(fèi)者、公司和政府將在全球安裝 400 億個(gè) IoT 設(shè)備?！?/p>
與此同時(shí)，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(hù) IoT 中的通信，可能是快速增長(zhǎng)的物聯(lián)網(wǎng)連接的解決方案。
可以想見，量子加密對(duì)現(xiàn)有商業(yè)場(chǎng)景的絕對(duì)重構(gòu)，其價(jià)值不低于云計(jì)算。而它最先觸摸大眾生活的途徑，一定不是手機(jī)。
