互聯網上充斥着高度敏感的信息。複雜的加密技術通常確保這些內容不會被攔截和讀取。但在未來，高性能量子計算機可以在幾秒鐘內破解這些密鑰。因此，量子力學技術不僅能使新的、更快的算法成為可能，而且還能使極其有效的密碼術成為可能。

量子密鑰分發(QKD)——正如行話所說——對通信通道的攻擊是安全的，但對設備本身的攻擊或操作卻不安全。因此，這些設備可以輸出一個製造商之前保存的密鑰，並可能被轉發給黑客。對於與設備無關的QKD(縮寫為DIQKD)，情況就不同了。在這裡，加密協議與所使用的設備無關。自20世紀90年代以來，這種方法在理論上就為人所知，現在由新加坡國立大學(NUS)的物理學家哈拉爾德·溫福特(Harald Weinfurter)和查爾斯·林(Charles Lim)領導的一個國際研究小組首次在實驗上實現了。

對於交換量子力學密鑰，有不同的方法。要麼光信號由發射器發送到接收器，要麼使用糾纏量子系統。在目前的實驗中，物理學家使用兩個量子機械糾纏的銣原子，位於LMU校園內相距400米的兩個實驗室中。這兩個地點通過一條700米長的光纖電纜連接起來，這條光纜穿過主樓前的Geschwister Scholl廣場的地下。

為了製造糾纏，科學家們首先用激光脈衝激發每個原子。在這之後，原子自發地回到它們的基態，從而每個原子發射一個光子。由於角動量守恆，原子的自旋與其發射光子的偏振糾纏在一起。兩個光粒子沿着光纖傳輸到接收站，在接收站對光子的聯合測量表明原子量子記憶發生了糾纏。

為了交換密鑰，愛麗絲和鮑勃——這是密碼學家通常給雙方取的名字——測量各自原子的量子態。在每種情況下，這是在兩個或四個方向上隨機進行的。如果方向一致，由於糾纏，測量結果是相同的，可以用來生成密鑰。用其他的測量結果，一個所謂的貝爾不等式可以被評估。物理學家約翰·斯圖爾特·貝爾最初開發這些不等式是為了測試自然界是否可以用隱藏變量來描述。“事實證明這是不可能的，”Weinfurter說。在DIQKD中，該測試被“專門用於確保設備上沒有操作——也就是說，例如，隱藏的測量結果沒有事先保存在設備中，”Weinfurter解釋道。

與早期的方法相比，由新加坡國立大學的研究人員開發的實現的協議使用兩個測量設置來生成密鑰，而不是一個:“通過引入額外的密鑰生成設置，攔截信息變得更加困難，因此協議可以容忍更多的噪聲，甚至為低質量的糾纏狀態生成密鑰，”Charles Lim說。

相比之下，使用傳統的QKD方法，只有在使用的量子設備被充分地表徵時，安全性才能得到保證。“因此，這種協議的用戶必須依賴QKD提供者提供的規範，並相信設備在密鑰分發過程中不會切換到另一種工作模式，”Tim van Leent解釋說，他是該論文的四位主要作者之一，與張偉和凱·雷迪克一起。van Leent繼續說，早在十年前，人們就知道老式的QKD設備很容易被外部入侵。

“有了我們的方法，我們現在可以用沒有特徵的、可能不值得信任的設備生成密鑰，”Weinfurter解釋道。事實上，他一開始就懷疑這個實驗是否可行。但他的團隊證明了他的擔憂是沒有根據的，並顯著提高了實驗的質量，他高興地承認。在LMU和NUS的合作項目中，來自牛津大學的另一個研究小組演示了與設備無關的密鑰分發。為了做到這一點，研究人員在同一個實驗室中使用了一個包含兩個糾纏離子的系統。“這兩個項目為未來的量子網絡奠定了基礎，在這個網絡中，在遙遠的地點之間絕對安全的通信是可能的，”查爾斯·利姆說。

下一步的目標之一是將該系統擴展到包含多個糾纏原子對。van Leent說:“這將允許產生更多的糾纏態，從而提高數據速率，最終提高密鑰的安全性。”此外，研究人員還希望增加測量範圍。在目前的設置中，在實驗室之間的光纖中損失了大約一半的光子。在其他實驗中，研究人員能夠將光子的波長轉換為適合於電信的低損耗區域。通過這種方式，只需要一點額外的噪音，他們成功地將量子網絡連接的範圍增加到33公里。

CIK 擁有最快的光纖