去年5月，中國研究人員宣佈他們使用量子計算機破解了RSA加密（一種廣泛用於保障私人資料傳輸安全的方法，https://www.csoonline.com/article/3562701/chinese-researchers-break-rsa-encryption-with-a-quantum-computer.html）時，這在資訊安全領域引起了轟動。但在深入研究所給出的細節後，西方研究人員認為這種說法有些誇大，沒有理由恐慌。不過，這一宣佈強調了一點，依賴數學複雜性的傳統資料保護方法的日子已經屈指可數了。在即將到來的量子計算時代，新的資料保護方法將不可或缺。

一種即將出現的、最初以金融領域為目標的方法是使用量子令牌，量子令牌是股票和貨幣等資產的數字表示形式。由於量子資料很脆弱，生成後無法長時間儲存，在這個新方案中，量子令牌會被接收方裝置自動轉換為數字資料並存儲起來，直至之後被贖回。

11月，當Mitsui、NEC和Quantinuum宣佈他們已使用現成裝置在東京成功透過10千米的光纖網路傳輸並贖回量子令牌時，這項技術向前邁進了一步——這在行業內尚屬首次（https://www.nec.com/en/press/202411/global_20241118_01.html）。這些量子令牌是使用一種新的交換協議傳輸的，該協議採用了一種名為量子金鑰分發（QKD）的新興技術。

量子金鑰分發（QKD）至少在理論上是一種在雙方之間共享加密金鑰的不可破解的方法，該金鑰隨後可用於加密和解密私人訊息。目前，金融機構、政府部門、大型科技公司和軍方正在對這項技術進行測試。

量子金鑰分發（QKD）利用光子的量子特性——具體來說，測量諸如偏振之類的特性會改變它們的量子態。量子金鑰分發（QKD）中使用的光子通常由專門的硬體（如雷射器）產生。Quantinuum的高階光子學工程師Jefferson Florez表示，透過使用偏振濾波器，量子金鑰分發（QKD）將這些光子作為隨機選擇的單光子序列在雙方之間傳輸，每個單光子代表一個位元。

只有一部分光子被選來形成金鑰，並且每個位元只有使用正確的濾波器才能被準確讀取。第三方無法確定使用了哪些濾波器，所以資料竊賊無法在不改變光子位元狀態並在此過程中提醒使用者的情況下複製這些光子位元。這種安全機制以不可克隆定理為基礎，該定理指出無法複製未知和任意的量子態。

Quantinuum擁有量子令牌協議背後的智慧財產權，該公司的網路安全負責人Duncan Jones以銀行和客戶為例，描述了量子令牌的一個使用案例。在從銀行接收到一個量子令牌後，客戶為了在他選定的分行贖回其價值，會使用標準方式向銀行傳送一條訊息。這條加密訊息包含分行名稱和他的數字令牌資料，他還添加了一個隨機位元，使得銀行無法讀取這條通訊內容，但銀行仍然能夠識別和驗證它。然後銀行將這條通訊內容的副本傳送給其所有分行。

“當客戶向指定分行出示他的令牌資料時，會在本地進行驗證，無需交叉核對，”Jones說，“令牌只能使用一次，並且不能在另一個分行贖回。”

另一個使用案例涉及有商品支撐的量子令牌，其中一個令牌代表一種有形資產，如貴金屬。由於量子令牌不可偽造，所以不可能重複使用。這為發行的中央機構提供了保證，也讓使用者在隱私保護下受益於快速交易且能進行本地驗證。

“目前還沒有已知的非量子解決方案能夠同時提供不可偽造性、本地驗證和隱私保護，”Jones說，“不同的方法可以實現這三個特性中的任意兩個，但無法同時實現三個。這就是量子令牌的特殊之處。”

荷蘭代爾夫特理工大學的量子資訊學教授Stephanie Wehner表示，用量子令牌代表貨幣的想法可以追溯到20世紀70年代。她說：“透過在日本的這次試驗，研究人員聲稱利用了任意的量子態，這些量子態可被用於建立代表貨幣的令牌，並且從根本上是不可能被複制的。”但鑑於缺乏任何詳細的技術文件，她補充說：“很難對這些說法的真實性進行評論。如果得到驗證，這種利用現有硬體的使用案例對於（該技術的）實現將是非常重要的。”

雖然Quantinuum為11月的試驗提供了量子令牌協議，但NEC公司搭建了測試該技術的平臺。該裝置由兩個經過改造的量子金鑰分發（QKD）單元組成，一個代表銀行，另一個代表客戶。每個單元包含一個光子收發器和一個數字處理單元，這些裝置透過10千米的專用光纖連線在一起。每個數字處理器都與一個應用伺服器相連，而該應用伺服器又與基於乙太網的內部網路相連線。這個內部網路將銀行和客戶相互連線起來，並且也連線到代表銀行分行的兩臺計算機上。

基於量子令牌協議，銀行的量子金鑰分發（QKD）光子收發器向客戶的收發器傳送了一系列隨機量子光子，這些光子被用於建立一個量子令牌。該令牌被轉換為數字資料，然後與指定的分行資訊一起隨機化，並被髮送回銀行，銀行再將資訊轉發給各個分行。只有指定的分行接受該令牌進行贖回。

NEC公司量子密碼系統研究組主任Naoto Ishii表示，標準的量子金鑰交易通常由量子金鑰分發（QKD）裝置以每秒幾百千位元的速度傳輸。但量子令牌協議要複雜得多，為了使交易可行，需要大約每秒1吉位元的速度。他說，工程師們還必須對量子金鑰分發（QKD）裝置進行改造以使其能與該協議協同工作，這是一項挑戰。

在試驗中，Mitsui承擔了專案經理的角色。Mitsui的副總經理Koji Naniwada表示：“我們正在開拓數字交易領域的業務，所以量子令牌的安全性和即時性對我們很有吸引力。”

展望未來，Ishii的團隊正在努力延長量子令牌可傳輸的光纖長度，在量子資料變得不穩定之前，該長度有望延伸至50千米。其他目標包括加快令牌的傳輸和接收速度，以及開發一種量子通道不需要專用光纖的量子金鑰分發（QKD）裝置。

除了金融應用，NEC公司認為大型企業和政府機構將把量子令牌用於加密通訊。因此，作為一家企業，NEC正在考慮同時提供該技術的平臺以及量子令牌應用服務。

Ishii說：“雖然為了適應應用，對該平臺進行一些定製化操作是必要的，但我們認為這項技術基本上已經完備，現在已可用於商業用途了。”