量子計算承諾計算速度達到以前無法想象的閾值。在這個大數據和新的數據驅動的科學發現的世界中，擁有可訪問的量子計算技術有許多實際好處。然而，當前一代的安全代碼和密碼學依賴于具有現代能力的計算機需要太多處理時間才能成為威脅的原則。即將推出的量子計算機并非如此，需要一種新的密碼技術制度來為銀行、醫療保健、政府和軍事系統提供安全性。

根據俄亥俄州立大學物理學教授 Daniel Gauthier 的說法，我們現在很可能擁有一臺功能正常的量子計算機，它可能能夠在不久的將來開始破解現有的密碼代碼。“我們現在真的需要認真思考可以用來保護互聯網安全的不同技術，” Gauthier 說。

來自美國幾所大學和新加坡一所大學的研究人員一直在努力開發一種商業上可行的方法來阻止量子計算機帶來的安全問題。他們的解決方案是使用其他量子現象來提供可證明安全和高速的量子密鑰分發。與許多影響深遠的研究項目不同，這些研究人員使用商用現成組件構建了他們的系統，并利用了一種協議，該協議也可用于自由空間量子通道，而不僅僅是光纖和基于基礎設施的量子通道。

該小組尋求解決的主要問題之一是早期量子密鑰分發系統的低密鑰生成率，這比傳統的密鑰分發系統慢幾個數量級。由于密鑰生成率如此之低，早期系統不適合與許多高數據速率通信過程一起使用。其他先前的工作以基于超導納米線單光子探測器和量子比特（量子比特）的量子密鑰分發系統為特色，這提高了但仍然限制了密鑰生成速率。

“在這樣的速率下，量子安全加密系統無法支持一些基本的日常任務，例如托管加密電話或視頻流，”杜克大學物理學研究生 Nurul Tamir Islam 說。

與早期的量子密鑰分發系統相比，這項最新研究提出使用高維 （d》2） 量子態或“qudits”，以提供更大的魯棒性和更高的效率。Qudit 提出了一個有趣的承諾，因為可以在 qudit 上編碼的位數是無限的，與 d 成對數縮放。Qudits 還可用于提高受單光子探測器飽和限制的系統中的密鑰生成率，并且 Qudits 具有更強的量子通道噪聲抵抗能力，與基于量子位的系統相比，它允許更低的誤碼率。

“它改變了光子的這些額外屬性，使我們能夠將獲得的安全密鑰速率幾乎提高一倍，如果我們沒有這樣做的話，”以杜克大學物理學教授的身份開始這項工作的Gauthier 說在搬到俄勒岡州立大學之前。

這種新的量子密鑰分發系統的安全性基于 qudits 的熵不確定性關系，這是一種最近開發的技術。這個新過程為相互無偏的狀態啟用了有限密鑰邊界，因此相對于連貫攻擊是安全的。使用三強度誘餌狀態方法估計單光子統計數據并提取密鑰，可提取密鑰長度的界限由測量數據確定。

“我們想找出系統中的每一個實驗缺陷，并將這些缺陷納入理論，這樣我們就可以確保我們的系統是安全的，并且沒有潛在的旁道攻擊，” Islam 說。“所有這些設備，除了單光子探測器，都存在于電信行業，通過一些工程，我們可能可以將整個發射器和接收器安裝在一個計算機 CPU 一樣大的盒子里。”

鑒于量子計算對傳統密碼學和安全技術的威脅，需要更多的研究工作來實現商業上可行的系統來保護關鍵信息。如果這些加密系統可以在可訪問的量子計算出現之前提供，我們可以避免即使是最安全的傳統加密技術也很容易被黑客入侵的時代。