什麼是量子密碼學？

量子密碼學是指依靠量子力學效應和特性來執行密碼任務的密碼系統。這與現代計算機上使用的經典密碼學形成對比。量子密碼學的一個基本要求是使用量子計算機；它不能使用標準計算機執行。

QKD

量子密碼學的主要領域是 QKD。QKD 代表量子密鑰分發。QKD 不是使用完全量子加密過程，而是使用量子效應來安全地分發經典加密密鑰。這意味著只需要開發經過驗證的安全量子通信系統，而不是更複雜的量子算法。它還降低了物理要求；從技術上講，普通計算機只需要一塊量子網卡，而不是整個量子計算機。

量子力學合理地適用於開發安全的量子通信系統。有一些方法可以與未經授權的第三方在不檢測到入侵的情況下無法監控的量子通信通道進行通信。

量子通信通道的安全性也可以降低到一些非常低的要求。一個這樣的條件是兩個合法方有某種方式來相互驗證。另一個要求只是量子力學定律適用。

QKD 的主要問題來自遠距離傳輸量子信息的困難。目前的研究允許在長達 550 公里的光纖上實現合適的密鑰協議速率。在這個距離之外，需要量子中繼器來確保信號不會在噪聲中丟失。此外，通過量子互聯網路由量子通信將具有挑戰性。當前的測試系統往往是點對點的。

其他研究領域

量子效應可用於不可靠的量子計算領域。在這裡，兩方可以在不信任對方的情況下進行合作。可以設計量子系統，使雙方都可以證明對方在作弊。然而，這些方法也依賴於非量子效應，例如狹義相對論。

其他領域的研究正在進行中，例如要求收件人在特定的物理位置，即使兩個對手串通也是如此。其他計劃試圖通過對欺詐能力實施壓倒性的系統要求來迫使即使是主動不誠實的收件人也需要誠實。許多這類工作都顯示出當前量子實現的弱點，但為未來在一個非常年輕的領域進行研究打開了大門。

量子通信需要幾件事才能真正安全。首先，光傳輸需要能夠發送單個光子。當前的系統傾向於使用發送多個光子的激光器。從理論上講，對手可以不留痕跡地攔截眾多光子中的一個。不過，在單光子源的開發方面有很有前途的研究。

其次，光子檢測器存在基於製造公差的差異，這為竊聽者打開了一個窗口，可以將自己注入通信流而不被檢測到。如果沒有無限嚴格的公差，這個問題是不可能完全解決的，這是一個不可行的要求。

結論

量子密碼學是指利用量子力學效應的密碼學。當前的主要領域是量子密鑰分發，它使用量子通信方法來傳輸經典加密密鑰。不應將量子密碼學與後量子密碼學相混淆。