量子通信：あなたは私の「魔法」を理解していない

2000 年以上にわたり、暗号化は人々が情報を保護するための主な手段となってきました。しかし、誰かがコードを作成したので、他の誰かがそれを解読するために全力を尽くしました。さまざまな情報セキュリティ事件が次々と起こると、「絶対に解読されず、情報が絶対に安全な通信手段はあるのか？」という疑問が湧いてきます。

その答えは量子通信であり、これはこれまでに無条件に安全であることが厳密に証明されている唯一の通信方法です。

量子は、微視的な物理世界における最小の単位です。不思議に聞こえますが、それは常に私たちの周りに存在しています。たとえば、一般的な光は多数の光子で構成されています。量子の概念は物理学でよく使用され、分割できない基本的な実体を指します。たとえば、「光量子」（光子）は光の単位です。現代の科学的認識では、知られているほぼすべてのものは測定可能であり、つまり、物質の状態は確実です。しかし、量子の世界では、特定の物質は同時に複数の状態をとることができます。

ミクロの世界では、量子はサイコロのように常に回転しており、どの面も上を向いている可能性があると想像してみましょう。観察または測定された場合にのみ停止し、ランダムに上向きの側面が現れます。しかし、この測定自体が干渉を意味し、元の状態が破壊され変化してしまうことになります。言い換えれば、量子は一度測定されると、もはや元の量子ではなくなります。

この原理に基づいて、既存の電子通信で鍵を生成するために一般的に使用される数学的計算とは異なり、科学者は量子状態の物質を量子通信のパスワードとして使用します。この一見小さな変更により、キーのセキュリティが大幅に変わります。量子鍵とは、デジタル鍵を特殊な量子情報に保存し、量子通信回線で送信するプロセスです。量子情報が盗聴されると、不可逆な痕跡が生成されます。科学者は量子の複製不可能性を利用して機密通信の目的を達成します。

次のように想像できます。盗聴者が特定の場所で情報を盗聴したり、情報の内容をコピーしたりする場合、これは測定行為です。この種の測定は量子システム全体の破壊を意味し、その結果、測定された情報はすべて消えてしまいます。たとえば、誰かが手紙を開こうとすると、量子キーによって手紙が自己破壊し、ユーザーに通知されます。

この鍵を送信するために、科学者たちは量子論のもう一つの特性である量子もつれ効果も利用しました。エンタングルメントは、アインシュタインが「遠隔作用の不気味さ」と呼んだ量子相関現象です。共通の源を持つ 2 つの微小な量子は、たとえ太陽系によって隔てられていたとしても、一方の量子が変化すると、もう一方の量子もそれに応じて即座に変化します。これは、互いに「テレパシー」を持つ双子のようなものです。 2つの量子粒子間の伝送速度は光速の10,000倍以上で、遅延はほぼゼロであるため、最速の通信を実現します。

量子通信はより安全

量子通信の模式図

現代の通信方法とは異なり、もつれた量子粒子のペアが生成され、制御される限り、電磁放射線汚染のない、絶対に安全な超光速量子通信を実現できます。さらに、量子通信は長距離通信も実現可能で、星間通信にも使えることが科学実験で確認されています。

1993年にアメリカの科学者が量子通信の概念を提唱して以来、世界各国は量子通信の理論的・実験的研究に多大な人的資源と物的資源を投入してきました。この国際競争において、我が国は後発ではあるものの、スタート地点が高く、進歩が早く、応用研究の多くの面で既に世界をリードしています。

量子通信の分野では、我が国は国際的に主導的な地位を占めています。 2016年、我が国は世界初の量子科学実験衛星「墨子号」の打ち上げに成功しました。我が国が量子衛星を打ち上げたい理由は、現在、最大距離がわずか300キロメートルの量子通信技術の開発に成功しているからです。長距離量子通信ネットワークを構築するには、多数の中継局の協力が必要です。上空の量子衛星を通じて、長距離、さらには地球規模の量子通信ネットワークが容易に実現可能になります。

2017年、我が国は世界初の商用量子セキュア通信回線である北京・上海幹線（全長2,000キロメートル以上）を構築しました。安徽省蕪湖市と合肥市の最も初期の都市圏ネットワークから、世界初の商用量子セキュア通信幹線である「北京・上海幹線」まで、鉄道や高速道路などの交通インフラと比較すると、国内の量子セキュア通信ネットワークは「地下鉄ネットワーク」から「高速鉄道ネットワーク」までの発展を遂げてきました。

おそらく近い将来、人々は情報漏洩の脅威と完全にお別れできるようになると予想されます。

世界最古のコード化された知能

紀元前405年、アテネとスパルタの間のペロポネソス戦争の終わりに、スパルタ軍はギリシャ文字が乱雑に書かれたベルトを締めたアテネの使者を捕らえました。ベルトを特定の直径の棒の周りに螺旋状に巻き付けると、文字が魔法のように読めるテキストを形成しました。これは世界最古のコード化された情報です。