陈根：量子存储器，助力量子破译密码

文/陈根

在过去，加密系统一直都不是牢不可破的。相反，它们的安全性是通过经典计算机完成解码所需的大量时间体现的。现代的加密方法是专门设计的，解码它们需要很长时间，因此说它们几乎不可破解。然而，量子计算机改变了这种想法。量子计算机比传统的计算机功能强大得多，能够轻松破解这些代码。

量子计算机依赖于量子力学的奇异性，几乎可以瞬间解决某些类型的问题，而使用传统计算机来处理则需要数十亿年。它们的基本单位是“量子位”是类似经典机器操作的1和0的量子。通过利用量子叠加和纠缠的力学现象，量子计算机可以执行一些数学形式，而这远快于任何可以想象出的速度的经典机器。

当然，虽然量子计算看起来具有无可比拟的优势和应用前景，但量子计算机依然受限于目前的技术。一台量子计算机可以在数小时内破解一条加密信息，但它需要数千万个量子比特（亚原子粒子携带的量子信息）进行计算。目前，性能最强大的量子计算机运行时的量子比特不足100个，这意味着它们只能完成一些没有多少实际价值的简单任务。

       现在，中国科学技术大学的一个研究小组公布了一种新型量子计算机的设计，这种计算机从工程学的角度实现了使用比此前少得多的量子比特破解密码。其关键，就在于量子计算机的存储装置。

研究团队发表的论文称，具有存储功能的量子计算机在进行复杂的计算时，使用的量子比特比没有存储功能的计算机少得多。但量子存储技术极具挑战性——当计算机试图读取或写入信息时，它会触发记忆晶体中的原子，并产生大量背景噪音。

为了解决这个问题，研究人员开发了一种突破性的内存控制技术，能够有效地将脆弱的量子比特与混乱原子区分开来。存储装置由晶体制成，能够存储一个小时左右的量子比特，还会在计算过程中更新量子信息。

研究人员表示，此前，有关量子存储器的研究主要聚焦于量子通信领域的应用，例如，基于多模式量子存储建立量子中继，从而构建远程的量子互联网，或者是基于超长寿命量子存储实现可移动的量子U盘。

而法国团队提出了一种具有类似结构的量子计算机，展现了量子存储器在量子计算机中的价值，成功推广了量子存储器的应用范围。尽管要研发一种能够破解加密信息的量子计算机还有很长的路要走，但研究人员的努力已经让人类离量子密码破译机又近一步。