精進量子密鑰分發技術，加速實現量子通訊未來

通訊時代中金鑰的重要性

上個世紀，現代戰爭的核心仍是以火藥或核武器為主，但是，在網際網路出現後，串起了全世界人們的交流，也讓資訊的傳遞越來越不受到限制。許多事情只要把握情報資訊便能掌控局勢，資訊戰不再只被限制為國與國之間的戰爭，還包含了企業間的競爭。因此，如何將資訊安全地傳遞也成為重要的事。

量子密鑰分發原理

目前的資訊保密主要由傳遞方使用金鑰進行加密，將資訊變成密文後傳遞，而接收方需要同樣持有金鑰以將密文進行解密，否則無法正確地解讀資訊。金鑰的使用涉及了現代人生活的各個角落，除了帳號密碼等對於資料的保護之外，也可以用來驗證傳遞的資訊是否為真、是否被更改過。古典金鑰的難以破解性建立在古典電腦對大數質因數分解的困難上，然而隨著量子電腦的出現，這種加密方式不再絕對安全，為了尋求更安全的加密方式，科學家們開始研究量子密鑰分發。

在量子通訊中，資訊傳遞的過程擁有量子力學特性，使駭客竊聽資訊失敗的機率大幅提升。量子態具有不確定性與不可複製性、需要被測量才能決定，不同的測量方式會影響到結果，當量子態被測量時，結果可能會因為量子的不確定性而出現錯誤。因此，將被測量將資訊編碼成量子態來進行傳遞時，如果駭客想要竊聽、複製資訊時必須對量子態進行測量，會使被傳遞的量子態發生變化且立即被察覺。如果要得到完整正確的資訊，除了需要使用正確的方式去測量量子態，也需要有古典金鑰來校正因為量子不確定性而產生的錯誤。

要如何想像量子密鑰分發呢？從工程的角度去看，第一步是將資訊編碼成量子態，可以看成將無數的零與一對應成光子能量的高低，而測量方式，以吳育任教授的研究為例，則是在傳遞光子時同時控制相位的差分，如此一來，將投過光纖所傳遞到的能量，經過正確相位測量、解碼後便是所要傳遞的資訊。

量子密鑰分發模擬器的開發

現今的量子密鑰分發理論與工程研究還正在發展，在實際的實驗裡，資訊的傳遞者即代表了產生不同量子態光子的脈衝源、調整相位的儀器，傳遞資訊的光纖，資訊的接收者則代表了負責測量的干涉儀與光子探測器。在這個過程中除了要考慮上述所提的量子特性外，還需要考慮光子的傳送率、控制測量相位時的誤差與機率統計相關的物理行為。

吳育任教授開發的量子密鑰分發模擬器，在考慮到實驗中各個因素後，提供了能幫助研究學家更了解實驗結果的誤差來源與意義，找出實驗中各項參數的最佳化可能的結果，藉由這些模擬器的完善，可以精進量子密鑰分發的技術，並加速實現量子通訊的未來。（撰稿者：施麗釵）

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