世界電気通信デーに、破壊的技術である量子通信が「絶対的な機密性」を実現できる理由についてお話ししましょう。

今日は第55回世界電気通信デーです。

1969年、国際電気通信連合の第24回理事会は、5月17日を「世界電気通信の日」に指定する決議を可決しました。

通信技術の継続的な発展により、人々に大きな利便性がもたらされる一方で、情報セキュリティ上のリスクも数多く存在します。自分達に関係する情報が安全であるかどうか、また通常の通信活動によって情報の紛失や盗難が発生しないかということに、注意を払う企業や個人が増えてきています。量子通信は主に通信セキュリティの問題を解決します。

メディアの報道によると、今年3月、中国科学技術大学の潘建偉院士、徐飛虎教授らは、高速・高忠実度の統合フォトニクス量子状態制御や高計数率超伝導単一光子検出などのキーテクノロジーを開発し、数百メガビットの速度でのリアルタイム量子鍵配布を実現し、国際符号化速度記録を一桁引き上げた。これは将来の量子通信の大規模応用にとって非常に重要な意義を持つ。この成果は3月14日、国際的に著名な学術誌「ネイチャーフォトニクス」に掲載された。

5月17日は量子通信の「絶対機密性」についてお話しします。

量子とは何か、量子通信と量子鍵とは何か

まず、いくつかの基本的な概念を理解する必要があります。

量子とは、光子、陽子、中性子、電子、中間子などの基本粒子の総称であり、最も基本的なエネルギーの媒体です。

量子は物理世界における最小かつ分割不可能な基本単位であり、最も基本的なエネルギーの媒体です。光子、陽子、中性子、電子、中間子などの基本粒子の総称です。世界全体が量子粒子で構成されているとも言えます。たとえば、私たちの日常生活における光は、多数の光子で構成されています。

量子通信は量子情報科学の重要な分野です。量子力学の原理を利用して量子状態を操作し、2 つの場所間で情報を交換することで、従来の通信では実現できないタスクを実現します。最も典型的なアプリケーションは 2 つあり、1 つは量子鍵配布、もう 1 つは量子テレポーテーションです。量子鍵配送は、従来の暗号化技術に内在するセキュリティリスクを克服し、原理的に無条件に安全であることが厳密に証明された唯一の通信方法です。

量子鍵配布は、光の量子状態を送信および測定して、傍受または改ざんが不可能で完全な量子ランダム性を持つ量子鍵を生成するプロセスです。キーはバイナリ ビットの形式で提示され、あらゆる種類のデータ通信、つまり量子暗号化通信に対して解読不可能な暗号化を確立できます。

なぜ量子技術は機密性が高いのでしょうか?

量子技術による暗号化は物理法則を利用して情報の一意性を保証します。この技術は不可欠で、瞬時に実行でき、理論上は破ることができません。量子情報には、「量子複製不可定理」と呼ばれる非常に基本的な定理があり、量子ビットが正確にコピーされないことを保証できます。

従来の通信方法では、送信者が封筒を封印し、ワックスを垂らし、耐火シールを貼ったとしても、誰かがそれを開けて読んで復元することを防ぐことはできませんでした。電磁波を使っ​​て秘密を送信する場合、どれだけ「音量」が低くても、巧妙な盗聴を防ぐことはできませんでした。最終的には、情報が極めて弱くなる量子レベルまで「音量」を下げることができ、量子状態の粒子は「自己破壊」の特性を持つようになります。それを計測するスパイはそれを破壊し、注意深く読むと完全に変更され、ほんの少しだけ変更することは不可能です。同時に、コピーすると情報が破壊され、ユーザーに通知されます。この特性により、これは「機密保持ツール」として非常に適しています。

この機能を利用することで、量子通信の安全性が保証されます。

将来、量子通信は従来の通信に取って代わるのでしょうか?

専門家の張文卓氏は次のように紹介した。「実は、量子通信の目標は伝統的なデジタル通信に取って代わることではありません。例えば、量子鍵配送自体は伝統的なデジタル通信をより安全にするためのものであり、独立して存在することはできません。量子テレポーテーションは量子コンピュータの開発に完全に依存しています。将来、すべての古典的なコンピュータが量子コンピュータに置き換えられて初めて、この通信方法が十分に活用されるでしょう。しかし、問題は、量子コンピュータと伝統的なコンピュータが核兵器と通常兵器のようなものだということです。完全に置き換えることは不可能です。将来、量子通信と伝統的な通信は協力して宇宙と地上の統合通信ネットワークを構築する必要があります。」

量子情報の研究と応用が深まるにつれ、おそらく近い将来、量子通信技術は携帯電話やコンピュータと同じくらい一般的になり、一般の人々の家庭に浸透するようになるだろう。