2020年1月以來，「量子密碼通訊」關鍵詞開始頻繁地出現在日本的媒體報導裏。目前東芝在這一領域是領軍人物。在該技術領域東芝擁有的專利佔全球第一位，NEC緊跟其後。由此可見日本在「量子密碼通訊」領域有着雄厚的技術背景。
1月14日，東芝和日本東北大學宣佈，成功開展了傳送人類遺傳（基因體）資訊完整數據的實證試驗。該試驗利用了可防止資訊被偷窺的新一代技術「量子密碼通訊」。據悉，容量龐大的基因體資料傳送在全球尚屬首次，東芝表示實驗應答了量子密碼技術的實用性。未來將在安全必不可少的醫療、金融等領域實施該技術的商用化。
1月21日，日本總務省「統合創新戰略推進會議」就「量子技術創新戰略」發佈了「最終報告」，制定了實施量子技術創新的5大戰略。
1月22，東芝再次宣佈，防止資訊被偷窺的下一代技術「量子密碼通訊」將於2020年度實施商用化。首先將在美國市場面向金融業力爭提供能安全收發高度保密資料的系統。據東芝介紹，這將是日本企業首次開展此類業務。在全球密碼技術剝削競爭日趨激烈的情況下，東芝希望引領相關市場。
7月14日，由日本政府牽線的大型國家專案「量子密碼通訊」專案正式立項，由東芝、NEC、三菱電機、以及東京大學、橫濱國立大學、國立情報通信研究機構（NICT）、國立產業技術綜合研究所（AIST）、國立研究開發法人物質・材料研究機構（NIMS）等12家單位共同開發。
量子密碼通訊示意圖（提供：東芝）
日本的「量子密碼通訊」專案將展開四個方面的研發：(1)量子通訊和加密鏈路技術; (2)可信節點技術; (3)量子中繼技術; 以及(4)廣域網路構築和運用技術。
在量子通訊和密碼方面，日本在理論研究、基礎研究、網路技術實驗上領先世界。在包括光工學在内的物理可用能學、資訊工學的強項的基礎上，經過長期持續的基礎研究和產官學合作的努力，取得了一系列的成果。
尤其在量子轉播所需的元件整合化，半導體技術和鑽石的結晶增長技術等方面，日本積累了一系列的製造技術，如何將其與設備架構等理論相融合，進而促進量子器件技術與開發利用將成爲該專案成功的關鍵。
在日本發力之前，量子密碼通訊的競爭主要在美中與歐洲之間進行。美國擬定了《量子資訊科學國家戰略概要》，從2019年起5年裏投入14億美元；歐洲共同體從2018年起動了類似的專案，10年裏投入12億美元；中國在衛星通信領域引入量子通訊技術，投資100億美元建立研究基地。
量子密碼通訊技術之所以受到關注，是因爲這項技術一旦成功將顛覆現有的密碼技術，現存的密碼通訊將變爲明文通訊一樣赤裸裸毫無祕密。
以現在普遍使用的非對稱加密技術爲例，它是透過在密碼學上安全的僞隨機數產生器的協助來產生一對密鑰，其中一個可以隨便公開，稱爲公用鍵；另一個不公開，稱爲私密金鑰，必須由客戶自行嚴格祕密保管。大家熟知的一個例子即愛麗絲與鮑伯的通訊（如下圖所示）。鮑伯透過「非對稱密鑰產生器」生成一對密鑰，將公用鍵公開，任何人都可以利用它給鮑伯發送資訊。
愛麗絲利用鮑伯的的公用鍵，將資訊發往鮑伯後，只有鮑伯有解密用的私密金鑰，才可以還原愛麗絲加密的資訊。
假說伊凡截取了愛麗絲寫給鮑伯的信，但伊凡沒有鮑伯的私密金鑰也只能是望文生嘆，一籌莫展。
保證安全通信的非對稱加密演算法，都是基於各種數學問題來設計的。這些數學問題的特點是：正向計算很容易，反向推導則無解，譬如區塊鏈使用的哈希函數等等。爲了增加破譯的難度，就要增加密碼的強度即長度。譬如國際密碼標準SHA的強度就達到了256位，即2的256次方。這樣看起來天文數位一般的計算量，當量子計算實施時，將瞬間被破譯。去年10月，谷歌的研究團隊發表論文稱，用3分20秒的時間解決了迄今爲止使用超級計算機需要1萬年時間的計算問題。於是，目前認爲萬無一失的區塊鏈的保密性，屆時也將化爲烏有。
那麼，量子計算技術何時能達到實用化，量子密碼通訊的商用化前景如何？東芝預估該技術5年後將在已開發國家展開應用，2035年左右在全球普及，屆時的市場規模將達到200億美元。因此，佈局這一技術已經變得非常迫切。
供稿： 戴維
編輯修改：JST客觀日本編輯部
