來源：科學剃刀
2025年4月2日，《物理評論快報》刊登論文——多倫多大學團隊首次在量子源中發(fā)現(xiàn)隱藏的多維側(cè)信道。這項研究撕開了量子安全防護網(wǎng)的一角：號稱絕對安全的量子通信系統(tǒng)，竟因光源設(shè)備的時間波動泄露了密鑰。
圖釋：多倫多大學工程學博士生 Amita Gnanapandithan 使用實際實驗和計算機建模來證明在量子通信中產(chǎn)生光子的設(shè)備中存在“隱藏的”側(cè)信道。圖片來源：多倫多大學工程學 / Tyler Irving
量子通信的信任基礎(chǔ)源于量子力學兩大定律：海森堡不確定性原理與量子不可克隆定理。簡單說，竊聽者無法同時測量共軛變量（比如光子的偏振方向與相位），任何偷窺行為都會留下物理痕跡。但這項研究揭示了一個殘酷現(xiàn)實：設(shè)備缺陷正在消解理論層面的完美防護。
從探測器到光源的漏洞攻防戰(zhàn)
十年前，科學家發(fā)現(xiàn)量子探測器的側(cè)信道可能被利用。2012年測量設(shè)備無關(guān)協(xié)議（MDI-QKD）的誕生，讓探測器徹底退出安全信任鏈。但這次矛頭轉(zhuǎn)向了通信鏈的另一端——量子源。研究團隊用理論模型與實體設(shè)備雙重驗證：當光源調(diào)制存在時間維度上的波動時，偏振信息會通過其他自由度（如頻率、模式）泄露。
舉個通俗例子：本應只通過門鎖傳遞的密鑰，現(xiàn)在門框縫隙也在漏風。這種“隱藏多維調(diào)制”效應，源于調(diào)制器帶寬不足導致的信號失真。帶寬越低的設(shè)備，信息泄露越嚴重。
維度假設(shè)崩塌的背后
量子通信有個默認前提——編碼自由度（如偏振）與其他物理維度完全獨立。這個被稱為“維度假設(shè)”的根基，在實際設(shè)備中頻頻崩塌。早期發(fā)現(xiàn)模式效應（相鄰信號相關(guān)性）已令人頭疼，新研究更揭示單脈沖內(nèi)部的時間波動同樣致命。
研究團隊負責人Lo教授坦言：“就像剝洋蔥，每解決一層問題都會發(fā)現(xiàn)新問題?！边@種認知顛覆與2019年上海交大團隊攻破QKD系統(tǒng)的案例如出一轍——當時黑客通過激光腔注入特定頻率光子，成功率高達60%。
破局之路在何方？
論文給出兩條線索：使用高帶寬設(shè)備減少調(diào)制失真，或采用無需調(diào)制器的被動式量子源1。后者思路與2025年中國電信公布的無源量子密鑰分發(fā)專利不謀而合，后者通過創(chuàng)新密鑰生成機制規(guī)避調(diào)制環(huán)節(jié)。
更值得關(guān)注的是美國橡樹嶺實驗室同期突破——他們在商用光纖實現(xiàn)30小時量子信號穩(wěn)定傳輸，其偏振自動補償技術(shù)或許能抑制時間波動效應10。而國家電網(wǎng)最新獲得的QKD專利，則展示了行業(yè)巨頭整合量子安全與基礎(chǔ)設(shè)施的雄心。
量子通信從實驗室走向現(xiàn)實的過程，恰似安全攻防的無限博弈。論文作者Gnanapandithan：“發(fā)現(xiàn)漏洞不是終點，而是構(gòu)建更強防御的起點?！碑敱泵缊F隊在既有光纜中實現(xiàn)量子隱形傳態(tài)，中國機構(gòu)持續(xù)刷新密鑰分發(fā)技術(shù)，這場關(guān)乎未來信息主權(quán)的競賽，關(guān)系到未來，誰能夠掌握量子時代的主導權(quán)。
參考文獻：
Amita Gnanapandithan et al, Hidden Multidimensional Modulation Side Channels in Quantum Protocols, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.130802 . On arXiv . DOI: 10.48550/arxiv.2404.14216
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