关于量子加密手机，三星可能和你想得不一样

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文丨脑极体

“遇事不决，量子力学”，已经是一个网络常用的吐槽梗了。

所以当量子与手机、隐私、三星等词汇联系到一起的时候，就有种学霸突然做起了传销的违和感。

最近有不少媒体传出，三星将在5月推出全球首款量子加密智能手机“GALAXY Quantum”。

我们都知道，量子计算是一个伟大的概念，无论是影视作品中的时空穿越，还是现实中的“量子霸权”，实现难度、巨大成本都决定了它十分“高冷”，距离大众生活也比较遥远。甚至如果有打着“量子”旗号的民用，直接判定为骗子，大概率都不会误伤。现在三星要将量子力学发放到人手一部的手机上？

是三星背着全行业偷偷补了课，还是事情本身别有玄机呢？

量子加密，可能三星和你想的不一样

从三星对外公布的细节来看，所谓的量子加密手机，实现方式就是在三星Galaxy A71 5G手机上，搭载由本地运营商 SK电讯开发的量子随机数生成芯片(QRNG)。

这也并不是什么新技术。早在2017年，韩国SK电讯就对外推出了这款芯片，即采用量子密钥分配(QKD)技术的新型光纤中继器。这款芯片可以通过测量光量子态得到的随机数来加密信息。因为具有随机性，也就基本上阻断了被黑客破译密码的可能。

但QRNG 的工作机制并不是按照量子力学原理，基于非常高的计算速度来生成完全不可预知的随机序列，也只有这样才能提升密码系统安全的破解难度。

而所谓的量子随机数生成器 QRNG ，其实就是 RNG 的一种。也就是依靠计算机模拟，基于算法生成伪随机数，或是从经典物理噪声（如热噪声，电噪声等）中提取随机数。然后利用随机数生成，来加密互联网上传输的数据。

RNG的风险就是，由于随机数是根据算法生成的，所以一旦黑客找到了所使用的算法，就很有可能让用户隐私暴露在危险之下。

三星的量子加密手机解决方案，就是利用CMOS 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。

当然，QRNG芯片能够在智能手机上搭载，也算是不小的进步。因为早在2017年，QRNG芯片的体积，相对智能手机而言也都比较大，并且价格也在数百到数千美元。比如SKT量子技术实验室此前推出的超小型 QRNG 芯片，也有5*5厘米，更适合应用在军事、IoT等设备上。

所以，说三星这款手机的“量子”是假的，不太准确，因为SK电讯确实拥有量子加密技术；但要说是真“量子”，显然跟大众对于量子计算的期待还相去甚远。

走下神坛之后，量子手机还有多远？

尽管三星打了一个非常容易被戳破的擦边球，但还是引发了不少网友的好奇。量子手机，距离普罗大众到底还有多远？

量子计算的能力不必多说了，去年谷歌宣布的“量子霸权”，就让量子系统用约200秒完成传统超级计算机要花1万年才能完成的任务。这让很多人开始担心，量子时代的到来会不会冲垮现在数字网络的所有密码体系。

不过每一道乌云都镶有银边，量子计算同时也为人类提供了一种绝对安全的保密通讯方式——量子加密通信，以保证量子计算机时代，密码依然能够被安全地保存。

某种程度上，量子加密（以及延伸的量子通讯），可以说是量子计算本身最接地气的应用了。

平易近人到什么程度呢？在最近的“新基建”战略方案中，量子通信工程已经不被奉为神祗了。因为利用量子技术传递密钥（信息本身仍通过光纤来传送）的量子加密通信，已经有不少成熟的技术方案，并且产业链日益状态，一些地方已经开始试建网络了。

比如“墨子号”科学实验卫星的发射，就使我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信。“京沪干线”城际量子通信网络，也已经建成，全程2000多公里。而早在2012年，合肥城域量子通信试验示范网正式建成。这样城域、城际、地空覆盖的量子通信网络，其实早在大众不经意间与我们生活在同一片天地中。

那么，阻碍“真·量子加密通讯”飞入寻常百姓家的原因是什么呢？

一是芯片。尽管量子通信走下了神坛，但真正的量子芯片（而非QRNG）依然是高岭之花。去年谷歌、微软就为此打出了“狗脑袋”。你方唱罢我登场，互相争夺“量子霸权”，抢发更高量子比特的计算芯片。

而这种集成了大量量子逻辑单元的芯片，由于能力强大，甚至突破传统计算机的算力极限。所以一方面能力不够泛化，往往只能做几种特定运算，并不符合人们对移动智能千变万化的应用诉求。这样的量子芯片，自然也距离个人消费电子很遥远了。

二是可用性。真正量子加密的实现逻辑是，基于二极管激光器随机发射光子的量子随机数发生器，将这些波导集成到芯片上，与电子设备和探测器一起以极高的速度运行，将光信号转换成信息。

由于量子密钥是通过测量光量子态得到的结果，所以状态也是随机的。攻击者即使截取了量子信号，想要根据结果重新制备一个量子发送给接收方，都会改变单量子状态，不可避免地导致偏差，自然也就无法破解。

但光子发射却很难控制，温度高点、低点，甚至谐振器发生震动，都会影响它们的动作。绝大多数量子发射器必须保持在绝对零度，也就是 -273℃，运行条件需要隔音、隔热、隔电磁……

2018年《自然》杂志刊登了一篇论文，史蒂文斯技术学院和哥伦比亚大学的研究人员，发明了一种可以生长完美晶体的技术，以打造可以在 -70℃ 环境中工作的量子发射器阵列。然而除了爱斯基摩人，可能没有人愿意在-70摄氏度玩手机吧？

三是安全性。也许有人会说，既然实现真正意义上的“量子手机”还很遥远，那通过量子随机数生成器QRNG来模拟量子计算，实现“量子手机”也是可以被接受的。但“退而求其次”的结果就是，这种加密方式并非万无一失。

和经典随机数一样，QRNG芯片也存在器件不完美的问题，从而导致信息泄露。比如黑客可以针对发射端——光源，或接收端——探测器发起攻击。一般为了避免此类攻击，科研类和商用类量子加密系统都会引入光隔离器这一标准器件。但对于智能手机来说，显然还没有相关隐忧的处理准备。

从上述角度来看，“量子手机”距离走进大众视角，还山高水远。

产业更迭正当时：量子加密的真实打开方式

尽管量子加密目前还不能广泛应用到手机当中（三星这种擦边球不算哦），但在某些特定领域的商用价值，已经开始显现出来。比较清晰的几个布局和应用场景如下：

1.云端办公的安全防御。视频会议软件zoom的“隐私爆雷”，也让大众开始关注远程办公趋势下的信息安全，尤其国内视频会议系统的使用者大多以大中型企业、党政机关、组织机构为主，对视频会议产品的保密性和安全性提出了更高的要求。

此时，能否借助云计算提供实用化的量子加密通信，可能成为云服务商有效拉开竞争身位的关键。

2.智慧产业的数据安全。金融、医疗以及军事等领域对数据安全的重视程度，也让传统加密技术显得力不从心。与此同时，这些机构也更愿意为加密技术砸下重金。比如东芝就宣布在今年九月份，将其加密技术应用在美国金融及医疗机构。中国合肥的新一代政务云体系中，也将构建独立的量子通讯传输通道，对重要业务系统传输运用量子加密技术。可以想见，不远的未来，量子加密伴随着通信网络的逐步提升，也会成为为大众信息保驾护航的基础。

3.海量物联的安全长板。5G的到来，也让泛在的物联网设备开始暴增，Business Insider Intelligence预测：“到2023年，消费者、公司和政府将在全球安装400亿个IoT设备。”

与此同时，传统加密方法很难支撑智能终端设备的信息安全需求。所以，使用量子加密来帮助保护IoT中的通信，可能是快速增长的物联网连接的解决方案。

可以想见，量子加密对现有商业场景的绝对重构，其价值不低于云计算。而它最先触摸大众生活的途径，一定不是手机。