2020年06月04日 | 量子加密手机？三星怎样碰瓷量子计算？

2020-06-04 来源：爱集微

5月14日，三星和SK Telecom在韩国推出了Galaxy A Quantum量子手机，这是全球第一款具有量子随机数发生器（QRNG）芯片组的5G智能手机，并且是SK Telecom网络独占。

该手机采用由SK Telecom的瑞士子公司ID Quantique开发的SKT IDQ S2Q000 QRNG芯片组，它通过量子密码技术生成随机数并创建无法预测的安全密钥，从而增强了设备的安全性。

量子加密最近作为通信的安全解决方案引起了很多关注，量子密码学是一种通信安全技术，其基于作为基本自然规则的量子力学原理来保证安全性，从而防止窃听或监视。也就是说，量子加密技术是一种技术，其中可以用于加密和解密要在发送方和接收方之间交换的数据的秘密密钥以绝对安全的方式分发，基于量子物理学的定律，例如不克隆定理。量子密码术也被称为量子密钥分发（QKD）技术。

量子密码和量子密钥分配方法的代表性示例包括BB84协议、B92协议、EPR协议等，包括BB84协议的许多量子密码协议采用使用单光子状态的方法，理想的单光子状态是指在预定模式中仅存在一个光子的状态，但是使用现有技术无法完美地实现理想的单光子状态。

同时近年来，在量子信息技术领域，不仅使用单光子状态的方法而且经常使用在量子密码通信中使用量子纠缠态的方法。由于庞大的三维（3D）非线性晶体主要用于产生量子纠缠态，量子纠缠态也难以应用于小尺寸的集成光子芯片。

有着这样现实的问题，三星在18年11月13日公开了一项名为“光子对发生器和采用该光子对发生器的量子密码系统”的发明专利（专利号：US10129021B2），申请人为三星电子公司。

根据目前公开的资料，让我们一起来看看这项量子密码系统吧。

如上图所示为光子对发生器的结构示意图，光子对发生器101包括：光源110和非线性光学元件150，非线性光学元件接收从光源辐射的光并通过自发参量下转换（SPDC）产生量子纠缠的光子对。非线性光学元件包括：极性材料层153和形成在极性材料层上的非线性材料层151，非线性材料层通常为石墨烯片或有机晶体。

量子纠缠态是量子力学的最基本特征之一，量子纠缠态可以被理解为量子态，其中两个或更多个粒子以特定方式重叠并且不能被描述为单个粒子的波函数的乘积。

为了产生量子纠缠态，可以对具有非线性系数的材料执行SPDC。例如，在非线性光学元件中采用包括石墨烯片或有机晶体的非线性材料层导致SPDC发生，也就是说非线性材料层与极性材料层一起将可以引起SPDC。

而光源可以使用以连续波或脉冲的形式产生激光的各种光源，例如可以采用He-Ne激光器、Ar激光器或He-Cd激光器作为光源。考虑到转换为加密密钥的光子状态，用于分发加密密钥的有线或无线传输方法等，可以适当地确定从光源辐射的光的波长。

如上图所示为光子对发生器的另外一种结构示意图，光子对发生器包括:光源110和非线性光学元件250,非线性光学元件包括基板220和形成在基板上的非线性材料层251。衬底由绝缘材料以及玻璃、石英以及各种塑料材料形成。

基板由折射率大于1的材料形成，因此入射到基板中的光中具有满足全反射条件的入射角的光的一部分可以在基板内被全反射和传播，在这种情况下，SPDC出现在穿过形成在衬底上的非线性材料层的一些光子中，产生信号光子和闲散光子。

由于当光子与非线性材料层相互作用同时在衬底内部传播时产生信号光子和闲散光子，因此可以增加非线性相互作用长度以提高SPDC的效率。

下面我们再来看看量子密码系统的结构示意框图。

如上图所示，量子加密系统9000包括光子对发生器1000、第一测量系统2000和第二测量系统3000，作为由光子对发生器产生的一对光子的信号光子和空闲光子分别对应于第一测量系统和第二测量系统。

信号光子和闲散光子可以分别经由第一传输线2500和第二传输线3500传输到第一测量系统和第二测量系统。

量子加密系统是生成对称隐秘代码并将对称隐秘代码分发给可能彼此远离的两个用户的系统。通过用户A的第一测量系统和用户B的第二测量系统精确测量由光子对发生器产生的量子纠缠光子对，因此可以在两个系统之间安全地分配加密密钥。

三星发明的光子对发生器和量子密码系统，通过光子对发生器产生量子纠缠光子对以及使用该光子对发生器的量子密码系统，相比于传统的数学密码，可以形成更加高效的加密体系，其实还是利用图像传感器捕获的光源散粒噪声产生随机序列，说白了还是经典RNG的思路。

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