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量子加密通訊產業的誕生

2020-02-04 11:01經濟日報 莊智強

日前東芝(Toshiba)宣布2020年將開始應用“量子加密技術”(Quantum Cryptography)在美國金融業界與生醫領域。量子加密被認為是無法被破解的加密技術,可確保網路通訊的安全,以因應金融、國防領域方面資訊安全的需求。光電協進會也藉此介紹量子加密技術,以及市場應用的潛力。

1月中旬Toshiba發佈新聞,宣佈與東北大學東北醫學大銀行組織(ToMMo)利用量子加密,展示了全球首例的全基因序列(whole-genome sequence)的即時傳輸。由於在目前量子加密通訊中,密碼金鑰發送的速度最高約為10 Mbps,因此也限制了每次加密傳輸的速度。Toshiba和ToMMo開發的這項高速序列加密傳輸系統,可以一次性傳輸全基因序列數據。這說明量子加密技術可以傳輸大量的數據,並在基因組醫學領域有著實際的應用,解決了基因研究上超大量的資料傳輸、延遲與安全性的問題。

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在學術界研究多年的量子加密通訊技術終於見到商品化產品。但Toshiba並非是第一家擬藉由量子密鑰配送(Quantum Key Distribution, QKD)技術進軍量子科技市場的公司。另外瑞士也有一家ID Quantique公司也提供類似的技術服務。與Toshiba類似,該公司也提供了量子密鑰配送(QKD)系統、量子安全網絡加密服務、單光子光源與接收器,和量子感測器,以及亂數產生器等產品。除了ID Quantique、Toshiba之外,MagiQ Technologies、Qasky、Quantum XC、QuantumCTek、Qubitekk、QuintessenceLabs、SeQureNet等眾多量子新創公司也投入QKD市場行列。

資訊安全即為國防安全

若將量子加密通訊與光通訊技術做類比,光通訊是調變雷射光的有無來傳遞1或0訊息;量子加密通訊則是利用一顆顆“單光子”在一般的光纖網路中傳遞加密金鑰,並附帶著量子態訊息。而若在通訊的過程中,光子被攔截、竊聽,或複製,其光子的量子態即會遭受破壞,進而讓此通訊無效、無法解析,或被得知遭受竊聽。量子密鑰配送(QKD)技術可應在高度敏感的加密通訊,例如金融交易資訊的傳輸、國防情報的傳遞、公司商業機密的通訊等。

資料來源:Tematys、Data Bridge。光電科技工業協進會(PIDA)...
資料來源:Tematys、Data Bridge。光電科技工業協進會(PIDA)/整理且提供

光電協進會認為在量子通信領域,QKD將在未來五到十年內成為引人注目的通訊安全技術。但目前QKD系統仍有數據速度和傳送距離的限制,而且與傳統的加密技術相比,這些量子系統在起始的資本支出和運營成本方面都稍嫌昂貴。對於金融客戶而言,如果增加25%到50%的成本,能使得通訊安全無虞,才是個合算的交易。這表示QKD系統得要把現今五萬到十萬美元的價格,降低到一萬美元。所幸半導體技術的進步與系統整合的技術應會促使QKD價格的降低,並可附加在現有的通信系統中。如果價格能達到一萬美元,每年QKD的銷售量應可達到數萬個。

有鑑上述趨勢與IoT的普及,全球量子加密市場會受到網路安全需求的推動。預計到了2026年時,估計全球量子加密市場將從2018年的1億美元成長到14億美元,期間的複合年增長率為38%。

台灣努力躍上量子列車

為了讓台灣也能搭上全球量子列車,科技部與教育部共同成立了前瞻量子科技研究中心。2019年9月該研究中心也宣布了實現4公里的戶外光纖量子加密通訊,這表示台灣也掌握此一技術。此外量子加密通訊僅是量子科技的一項應用之一,其他諸如量子計算、量子影像、量子感測等應用也正由各學術單位、大公司在戮力發展當中。例如新聞報導IMB即利用量子技算,找出更強大的固態電池材料,其功率密度勝於目前的鋰電池技術。未來量子相關的產業將陸續問世,光電協進會將持續替台灣產業追蹤這產業的發展趨勢。

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