日常生活中，例如銀行交易與網(wǎng)上購物，都會涉及到隱私與安全。為了保證信息安全，采用加密技術(shù)很有必要。在傳統(tǒng)密碼學(xué)中，信息的發(fā)送者和接收者預(yù)先決定加密代碼即密鑰，只有密鑰可以解密這些加密信息。

要破解這些加密信息，需要先搞清楚加密某一段數(shù)據(jù)的精確算法。這些算法往往非常復(fù)雜，所以目前破解這些加密信息難度非常大，也就是說加密的信息是相對安全的?？墒?，在未來十年或者二十年內(nèi)，計(jì)算機(jī)將變得越來越強(qiáng)大，有可能會破解當(dāng)今一切基于算法的加密信息。

因此，研究新的加密技術(shù)顯得很有必要。其中一種典型的新技術(shù)就是：量子密鑰分發(fā)（QKD）。量子密鑰分發(fā)并不是依賴于數(shù)學(xué)，而是采用光線的量子特性例如偏振，去編碼以及發(fā)送解密編碼數(shù)據(jù)的隨機(jī)密鑰。這個方法特別安全，因?yàn)槿魏蔚牡谌饺肭侄紩粰z測到。

創(chuàng)新

意大利帕多瓦大學(xué)（UniversityofPadova）的研究人員在美國光學(xué)學(xué)會（OSA）期刊《光學(xué)快報(bào)（OpticsLetters）》上報(bào)告稱，他們的全光纖器件每秒可切換光線的偏振超過10億次。該器件也是自補(bǔ)償式的，對于溫度和其他環(huán)境變化不敏感。

在“量子未來（QuantumFuture）”研究小組中，在論文合著者PaoloVilloresi的配合下領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的GiuseppeVallone表示：“量子密鑰分發(fā)預(yù)計(jì)將對公民的隱私和安全產(chǎn)生深刻的影響。我們的方案簡化了自由空間通信所用的量子密鑰分發(fā)。自由空間通信是指例如衛(wèi)星到地球，或者移動終端之間的通信。實(shí)現(xiàn)全球量子網(wǎng)絡(luò)需要自由空間通信?！?br/>
技術(shù)

因?yàn)榱孔用荑€無法很好地跨越長距離的光纖網(wǎng)絡(luò)開展工作，所以開發(fā)一個基于衛(wèi)星的量子通信網(wǎng)絡(luò)將全世界范圍內(nèi)不同的地基量子加密網(wǎng)絡(luò)連接起來，顯得迫在眉睫。

盡管光線的各種不同的特性可用于創(chuàng)造量子加密所需的量子狀態(tài)，然而偏振卻特別適合自由空間鏈接，因?yàn)樗粫艿酱髿獾挠绊?，而且在接收器端進(jìn)行解碼，也無需將數(shù)據(jù)匯集到單模光纖中（這是一項(xiàng)頗具挑戰(zhàn)性的任務(wù)）。

Vallone表示：“我們的目標(biāo)是開發(fā)一個可在衛(wèi)星與地面之間使用的量子加密方案，密鑰在軌道上生成。然而，如今的偏振解碼器也不適合應(yīng)用于太空，因?yàn)樗鼈儾环€(wěn)定、昂貴且復(fù)雜。它們甚至表現(xiàn)出會減弱協(xié)議安全性的邊信道漏洞。”

研究人員稱這種新型偏振編碼器為“POGNAC”，POGNAC是由POlarization（偏振）與SaGNAC（薩格納克）兩個詞結(jié)合而成。在光纖環(huán)形薩格納克干涉儀的幫助下，這種偏振編碼器能迅速旋轉(zhuǎn)入射激光的偏振。該裝置可將光束一分為二，兩束光的偏振相互垂直。然后，兩束光分別沿著順時針與逆時針方向通過光纖環(huán)路。目前的組件可以放到15x5x5厘米的包裝中，如果包含的組件更小，那么包裝還可以進(jìn)一步小型化。

在光纖環(huán)路中，研究人員使用了市場上可以買得到的電光學(xué)調(diào)制器，來改變偏振，創(chuàng)造出量子密鑰分發(fā)所需的量子狀態(tài)。因?yàn)轫槙r針和逆時針的光線在不同時間到達(dá)調(diào)制器，所以它們被各自獨(dú)立地調(diào)制。

調(diào)制器采用一個外加電壓改變光學(xué)相位。然而，相移的絕對值取決于許多隨時間變化的參數(shù)。Vallone表示：“在POGNAC中，只有兩個偏振光之間的相對位移是有意義的，這個相對位移對應(yīng)于輸出偏振中的變化。于此同時，由溫度變化和其他因素產(chǎn)生的位移是自修正的。這使得POGNAC非常穩(wěn)定，并消除了影響其他器件的偏振漂移?！?br/>
價值

研究人員通過測量POGNAC產(chǎn)生的量子狀態(tài)的偏振，以及將它們與期望值進(jìn)行比較，測試了他們的新型器件。他們測得一個內(nèi)稟的量子誤碼率（QBER）低至0.2%，遠(yuǎn)低于典型量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)1%~2%的量子誤碼率。

Vallone表示：“我們成果表明，數(shù)據(jù)能以一種簡單且高效的方式，采用光的偏振來編碼。我們僅采用市場上可以買得到的元件就可以實(shí)現(xiàn)這種編碼?！?br/>
研究人員們正在持續(xù)改善他們的方法，并計(jì)劃展開進(jìn)一步測試，來觀察POGNAC在編碼用于加密的量子密鑰時的表現(xiàn)。