东芝公司、东北大学东北医学大银行组织(ToMMo)和东北大学医院已经证明，量子加密通信技术可以为基因组医学提供安全、完全可靠的数据管理环境。这是通过(1)开发一个将量子密码通信技术应用于临床测序的系统实现的，(2)使用该系统安全地传输癌症基因组分析数据(外显子组序列数据)，通过由医生和其他专家参加的在线专家小组来分析测序数据(图1)。这是世界上第一个在基因组医学领域使用量子密码通信技术的系统的开发和演示。
临床测序是利用下一代测序仪以超高速读取患者基因序列的一种新的基因组医学检测方法。然后将基因组数据分析的结果提供给医生和其他专家，以协助患者诊断和选择治疗方法。该系统建立并扩展了东芝和ToMMo在今年1月宣布的功能，这次演示的成就是迈向实用系统的重要一步，将提供安全可靠的基因组医学。
这项研究是作为内阁府科学技术创新委员会“社会5”的战略创新创造计划(SIP)的一部分进行的。“利用光与量子的实现技术”(量子科学技术研究与发展组织)。东芝、ToMMo和东北大学医院将在8月10日至14日举行的国际会议QCrypt 2020(第10届国际量子密码学会议)上展示演示和技术的细节。
图1:演示的概述
今年1月，东芝和ToMMo宣布了在2019年7月和8月进行的一系列量子密码传输实验，首次在世界各地成功传输了全基因组序列数据。从那时起，在东北大学医院(Tohoku University Hospital)的加入下，他们通过关注与癌症患者临床测序相关的两个领域来推进研究:必须保密的数据类型;以及利用量子密码技术进行数据解密的方法。
临床测序涉及基因组分析数据，这是高度机密的个人信息，与个人健康和身体状况密切相关，必须保密。出于同样的原因，还需要支持由医生和专家参加的在线专家小组产生的数据，这些专家通过远程访问共享患者的遗传数据和诊断结果。
考虑到这一点，东芝、ToMMo和东北大学医院利用量子加密通信技术成功地演示了两个领域的加密:
实时传输基因组分析数据(外显子组测序数据)
数据传输为0在线专家小组，包括分析结果超过co参考音频和视频馈送。
基因组分析数据的传输使用东芝和ToMMo在2020年1月宣布的一次性pad加密技术。基因组数据在测序时被加密，使用从量子密钥分发系统分发的加密密钥，并使用一次性pad传输。传动系统的设计便于使用。操作员屏幕上的菜单允许简单地选择用于分析的样品数量和传输方法。
图2。开发的Web GUI屏幕示例
通过建立与存储和管理量子密码密钥的密钥管理服务器相连的视听信号双向传输，实现了专家小组的安全环境。该服务器接收来自现场会议系统的视听馈送，使用一次性pad对其进行加密，并将其传输到另一个站点的另一个密钥管理服务器。它使用相同的一次性pad来解密来自另一个站点的加密视听馈送，并将其传输到内部会议系统。结果是一个完全安全的环境，基因组数据可以放心地讨论。
东芝、ToMMo和东北大学医院从今年1月到7月对该系统进行了测试。他们实时传输了来自东北大学医院癌症患者基因组的96个外显子组序列数据样本，并模拟了一场由10名医生和其他医疗专业人员参加的65分钟在线会议。结果证实，量子密码通信技术支持基因组规模的大规模数据传输，以及响应式实时案例会议。
这些结果证实了量子加密通信实现了安全的数据传输，并支持实时通信和诊断。除了为从事基因组工作的专业人员提供一个安全的基础来分享和讨论高度机密的个人数据外，它还为远程医疗服务的未来发展指明了道路，在这种服务中，偏远地区的患者可以信任与医生协商的隐私。
图3。会议系统的概要和图片的实际模拟
示范基地:
东芝生命科学分析中心(仙台市青叶区南吉盛)
东北大学Seiryo校区，东北医疗银行大楼(仙台市青叶区Seiryo町)
东北大学医院(仙台市青叶区世洋町)
实验时间:
2020年1月至2020年7月
传播信息:
96个外显子组序列数据样本(约。3.1 tb)
模拟在线会议数据(约。1.4 g)
不。在线会议参与者
一共十个人
东芝将继续致力于量子密码学在高度安全领域的实际应用，包括医疗、金融和通信基础设施。ToMMo和东北大学医院将继续密切合作，促进使用安全可靠的信息通信技术，以支持基于基因组信息的医疗。
