想像一個近乎無法破解、訊息儲存量高出傳統網路數倍的傳輸系統，這個技術將在 10 年內正式落實至美國在地網路中。美國能源局（Department of Energy, DOE）於上週四發布藍圖，表示將利用量子運算的特性打造網路，「量子傳輸最棒的特性之一在於，訊息在兩地之前傳遞時，幾乎不可能遭竊取或竄改」。
美國能源局早有動作，據外媒《Science Alert》指出，DOE 於今年 2 月已攜手美國芝加哥大學，於芝加哥郊區建立長達 83 公里的量子迴圈（Quantum Loop），長度相當於台北至新竹。此量子網路更創下國內有史以來最大的陸地量子網路。
為什麼「量子傳輸」難以破解？
量子運算並非使用傳統 1、0 位元運算，而是使用一種可以同時是 1 與 0 的量子位元（Qubits）。量子位元具備兩種特性，其一是位元只有在檢驗當下才會顯示是 1 或是 0，好比接住拋在空中的硬幣，唯有打開手掌才會知道是正面還是反面。其二則叫態疊加原理（Superposition），概念十分簡單。假設左右手都有著未知正反面的硬幣，若你打開左手檢視發現是正面，則 Superposition 將無視右手未知狀況，使連動的右手硬幣變成反面。
透過量子位元的特性，當有駭客想竊取傳輸中的訊息，資訊很容易受影響導致壞損（funtion collapse）並且顯示出此訊息已遭暗中操作，使有心人士做事無法不露痕跡。再者，量子位元因為同時可以是 1 和 0，相比傳統 Bits 的資料承載力與密度高出許多。
「量子傳輸」落地挑戰為何？
時下資料傳輸皆使用光纖網路，利用光子乘載訊息在全世界到處來回。而由於光纖網路纖維的品質或耗損，光子容易消失不見，也就是所謂的訊號不良。中繼器（Repeater）就是偵測微弱訊號、接受並且強化後再次傳遞出去的儀器，透過中繼器便可維持網路品質不斷訊。不過量子位元無法用同一種方式處理，「你很難再接觸量子位元時不影響到它」芝加哥大學的研究人員 Awschalom 指出，沒有中繼器的情況下，量子位元最高只能傳遞約 160 公里的距離，對於如美國地區的全國性網路來說實在太短了。
但事情還沒這麼簡單，要做到與傳統網路一樣能透過中繼器強化訊號，量子傳輸也需要打造「量子中繼器」，而此技術難到目前並沒有人做一個可以真正落地的產品過。
量子運算擁有打破傳統產業運作模式的潛能，不談民間消費市場的使用，光是在科技研究、國防軍事上就能帶來難以想像的突破。而美國為了維持創新與科技大國，勢必得搶在全世界前跨出實驗的第一步。
參考資料來源：
《uchicago News》、《Science Alert》、《美國能源部》
（本文提供合作夥伴轉載，首圖來源：pixabay, CC Licensed。）
