2025 年 1 月 28 日

 

• 德國航太中心和烏爾姆大學在其量子網路上發送了量子金鑰，以實現安全資料傳輸並模擬竊聽攻擊。
• 研究人員正在共同研究量子通訊和量子網路的方法和組件。
• 德國航太中心貢獻其在光通訊、太空和量子技術以及量子計算方面的專業知識。
• 重點：數位化、量子技術、量子通訊、量子密碼學、量子計算機

 

德國航空航天中心（DLR）和烏爾姆大學已成功開始運作量子通訊聯合網路。 2025 年 1 月 27 日，烏爾姆科學家示範如何使用量子金鑰分發 (QKD) 安全地發送電腦資料。所謂的量子金鑰是由糾纏光子創建的，用於加密和解密數據，並透過光纖在大學校園和 DLR 之間傳輸。在演示過程中，研究人員也模擬了竊聽攻擊。

德國航天中心和烏爾姆大學正在研究先進的量子通訊。目標是將未來的量子電腦連接到量子互聯網，以提高量子層級的運算能力。

 

保護資料免遭竊盜和操縱

透過加密，可以有效保護敏感資料免遭盜竊和操縱。這適用於個人和機密資訊以及保護關鍵基礎設施。其中包括全球數據網路、能源和供水以及我們日益網路化和自動化的交通。

未來，量子電腦可以破解當今所謂的經典加密方法，這些方法基於由零和一組成的二進位代碼。量子通訊提供了一個解決方案。這使用量子物件以安全的方式傳輸資訊。

 

從大學校園到 DLR 並返回一次

烏爾姆大學和德國太空中心的科學家現在展示了他們在量子金鑰分發方面的共同工作。在演示過程中，作為案例研究，他們加密了醫療患者資料並在兩台電腦之間發送。約 20 位賓客包括烏爾姆市長 Martin Ansbacher。

量子金鑰分發的特別之處在於所謂的量子金鑰，其中包含用於加密和解密資料的資訊。 「量子」是因為密鑰是由量子物件創建的。為此，烏爾姆科學家使用來自雷射的糾纏光量子，即光子。這是光子對的特殊量子態。這對不能再在數學上被描述為兩個單獨的量子物體的組合，而是一個單一的「融合」物體。

專案團隊透過光纖將光子傳輸到大學校園和 DLR 之間的總距離約為 5 公里。專案團隊與耶拿量子光學公司合作規劃並建立了實驗。

 

兩個通道上的資料和密鑰

發送者透過傳統的資料網路將加密資料作為經典的零和一代碼發送給接收者。 「然後發送者和接收者共同產生用於加密和解密的量子金鑰。為此，他們將訊息轉移到單一光子的量子物理狀態。來自烏爾姆 DLR 量子技術研究所的 Matthias Zimmermann。

這透過所謂的量子通道單獨且安全地發生。這些可以是光纖線路或雷射的自由光束路徑，例如在衛星通訊中。挑戰在於如何以盡可能少的損耗和乾擾透過量子通道傳輸光。

 

量子密鑰無法被攔截

在演示過程中，研究人員模擬了對量子金鑰的竊聽攻擊。 「如果資料速率突然下降，竊聽嘗試就會立即被注意到。然後系統停止產生密鑰。這意味著操縱或不被注意的攻擊是不可能的。 「光子的量子特性基本上可以防止任何人攔截或複製金鑰。只有擁有原始量子密鑰和加密數據代碼的人才能讀取數據。

 

透過衛星的量子互聯網

量子金鑰目前只能透過光纖傳輸最遠幾百公里的距離。以安全的方式在全球範圍內發送資料需要量子通信，例如透過衛星。這需要標準化的程序和經過認證的設備。

更進一步的是量子電腦的網路化，類似今天的網路。 「量子互聯網可以連接整個量子電腦資料中心，在資料傳輸過程中無需離開量子級運算基礎。這極大地擴展了編輯和加密資料的可能性，例如透過在不同位置糾纏量子物體，」Matthias Zimmermann 說。

 

量子網路關鍵技術

德國航太中心量子技術研究所正在開發透過衛星和量子網路進行量子通訊所需的關鍵組件，例如量子記憶體和光子源。這也包括能夠實現更精確測量的量子感測器，例如用於導航、地球觀測、網路移動和材料研究。

德國航太中心與其他研究機構和產業合作，將其在長距離雷射光通訊和衛星通訊方面的專業知識貢獻給許多專案。例如，德國航太中心通訊與導航研究所利用這些技術參與了 QuNET 計畫。

DLR 量子計算計劃 (DLR QCI) 創新中心的量子電腦開發透過其生態系統方法追求具有戰略意義的未來前景。德國航太中心、工業界和新創公司正在這裡開發量子電腦的硬體和軟體。

 

[照片]

(A) 借助量子密鑰分配，電腦資料可以透過光纖安全傳輸

單一光量子形成所謂的量子密鑰，用於編碼和讀取資料。

(B) 烏爾姆大學和德國太空中心向來賓展示了他們在量子通訊方面的合作成果

在示範防竊聽資料傳輸過程中，科學家模擬了竊聽攻擊。

(C) 量子金鑰傳輸過程中竊聽攻擊失敗

透過操縱光纜，研究人員試圖從光纜中提取量子密鑰的光子。

(D) 來自研究、工業界以及烏爾姆市的約20位嘉賓參加了量子密鑰分配演示

作為案例研究，專案團隊在兩台電腦之間發送醫療患者資料。