新型光子集成电路技术：将量子加密推向商用
引言
量子技术，是目前备受关注的新兴前沿领域。但是目前为止的研究，大多还局限于是实验室设备。然而，西班牙科学家利用光子集成电路技术，创建了量子数字随机发生器，应用于数据加密和复杂计算，体积小，速度快，易集成，有望将量子加密技术推向商用。
量子加密技术
在日常生活中，例如网购商品或者ATM取款，都涉及隐私和安全。为了保证这些，技术上一般是通过加密来实现。然而，在传统密码学中，信息的发送者和接收者预先决定加密代码即密钥，只有密钥可以解密这些加密信息。但是，随着计算机技术的发展，计算的速度和能力都达到前所未有的规模，所以加密的新型很容易遭到攻击和破解。
量子加密，是通过量子技术来传送密钥，加强了传输密钥的安全性。在这个过程中，一般是通过量子力学随机生成一个密钥。发送者A，通过极化光子，在不同方向上发送密钥；接收者B，通过量子探测器接受密钥。量子加密的优点是，如果攻击者尝试拦截A或者B的信息，由于量子力学属性，密钥本身会发生变化。
之前，IntelligentThings在《激光技术带来超快超安全的量子加密》一文中（点此阅读），展示了激光进行量子加密的例子，有兴趣的朋友可以参考阅读。
随机数发生器
然而，通过以上的分析，密钥一般是密码学的关键，而密钥通常又是通过随机数发生器产生的。所以，随机数发生器关键性不言而喻。
现有的随机数发生器和缺陷
现有的随机数发生器，基本上都是利用计算机算法或者随机性的物理过程，本质上就是一遍又一遍掷骰子获取随机数。尽管，这样发生数字是随机的，但是某些特定信息却又是已知的，例如使用“骰子”的数量，这样会让留下漏洞，让黑客发起攻击。
量子随机数发生器和缺陷
然而，量子设备则基于一种固有的随机：光的量子属性。合作研究的领导者Valerio Pruneri称，这样的量子过程可产生真正的随机性。尽管，目前也有其他研究人员已经开发出这种随机数字发生器，但是要么偏大，要么偏慢。
新型量子随机数发生器
在这项新研究中，研究人员尝试使用了新设计，在密闭空间中，使用两束相互干涉的激光。这样使得设备更小，同时保持在之前实验中同样的性能属性。
PIC技术
为了创建这种量子发生器，研究人员使用了光子集成电路 (PIC)技术。PIC技术，提供了一种集成光子组件的方案。新型量子随机发生器，主要使用到激光器和检测器。研究人员将它们集成到芯片上，减少占用空间，降低功耗。对于将量子技术小型化到芯片上，之前IntelligentThings也有过相关介绍，例如《新型芯片：集成光量子技术，更具有应用性！》（点此阅读），以及《突破性的光子处理器带来了量子计算的飞跃》（点此阅读），供大家参考。
基于PIC的设备，最重要地是可以集成到传统电子设备上，将随机数发生器应用于计算或者通信的电子设备上，能够进行驾驶、阅读、运算等。研究人员称，他们通过PIC技术，证明量子技术具有实用性。量子随机数生成，量子密码学、和其他基于量子的技术，将从PIC技术中受益。研究人员首次演示了这项技术，以后可以通过它构建商用和创新产品。
应用领域
关于量子加密技术和小型化量子技术的应用，IntelligentThings之前也做过一些报道，例如《量子计算机的发展会破解RSA加密算法吗？》（点此阅读），《保持长距离安全通信的量子系统》（点此阅读），《通用量子计算机领域的重要进展：“小型化量子位”技术》（点此阅读）。
集成化的量子随机数发生器是一项重大进展，可为计算机、平板电脑以及移动电话，提供最高质量的数字及最高的安全级别。基于量子力学发布的加密密钥安全性极佳，且设备的体积足够小，可放置在移动设备里面。
新设备以吉比特每秒的速度级别运行，对于通信数据实时加密来说足够快。它可以用于手机和视频电话、对于来自社交媒体平台服务器大量数据进行加密、也可以用于股票市场预测、随机过程的复杂科学模拟例如：生物相互作用或核反应。
未来展望
“我们将曾经用于高级别科学实验的量子技术，做成足以商用的产品，” 论文的第一作者、光子科学研究所 （ICFO）的博士研究生、西班牙巴塞罗那科学和技术研究所的成员，Carlos Abellan说道，“这很可能只是一个即将在真实产品中进行量子技术商用的例子。相对于集成而言，这标志着迈开了重要的一步。”
研究论文和团队
这项研究的论文发表在在光学界具有高度影响力的期刊《光学》上，是来自多个研究所的研究人员合作的成果。研究机构包括位于西班牙的ICFO光子科学研究所、巴仑西亚理工大学VLC光子研究所、ICREA，以及意大利米兰理工大学。
参考资料
【1】C. Abellan, W. Amaya, D. Domenech, P. Muñoz, J. Capmany, S. Longhi, M.W. Mitchell, V. Pruneri. "," Optica, 3, 9, 989 (2016). DOI: .
【2】http://www.osa.org/en-us/about_osa/newsroom/news_releases/2016/new_chip_could_bring_highest_level_of_encryption_t/?utm_source=osaHome&utm_medium=slider&utm_content=sliderlink&utm_campaign=Encryption%20Chip