发布时间：2024-05-19 02:03:43 来源：im电竞官网 作者：IM电竞官网注册 点击次数：16次

　　当提及量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）时，我们进入了一个令人惊叹的科学领域，它构建在量子力学的基础上，以绝对安全性为目标，同时依赖于量子纠缠态来实现这一目标。在量子密钥分发方案中，量子纠缠态是关键的元素，扮演着保密通信的核心角色。

　　量子密钥分发的基本原理涉及通信双方的合作，通过量子态的制备和测量，安全地生成和共享密钥。这个过程不仅能够确保密钥的保密性，还能够监测是否有任何者试图干扰通信。

　　量子密钥分发方案被认为是理论上绝对安全的通信方法，因为它依赖于量子力学的基本原理，而不依赖于计算复杂性。这意味着无论未来的计算技术有多强大，都无法破解通过量子密钥分发方案生成的密钥。

　　经过近40年的发展，量子密钥分发方案已经走出实验室并开始工程化建设,为我们的现代保密通信张开一面强大的“量子之盾”。一些国家和地区已经在城市间的通信网络中部署了量子密钥分发系统，以提高通信的安全性。

　　第一个是，需要采用“一次一密”的加密方式，保证每次通信都需要生成全新的密钥；第二个是，每次生成的密钥不能再是普通的密钥，而是需要采用量子力学的基本原理才能制备。

　　因此，量子密钥分发方案需要有两个通信信道，其中一个是用于传输加密信息的经典信道，而另外一个则是用于分发解密信息的量子信道，而这种特殊的密钥也被称为“量子密钥”。

　　其实，光就是一种近乎完美的量子密钥。这是因为，光的传播速度极快，可以满足即时通信的要求，除此之外，单个光子还可以被制备出特定的状态，用以编码不同的信息，形成可以被共享的量子密钥。

　　想要获取大量的光子很简单，然而，制备出单个光子并不是一件轻松的事情。这是因为单个光子的能量极低，大约只有3×10^-19焦耳的能量。

　　而一支功率为10瓦的普通手电筒，仅仅只发出一秒钟的光束，就大约会有3×10^19个光子。因此，要想每次只制备出一个光子，就需要十分特殊的单光子源才能实现。

　　更难的是，正是因为单个光子的能量极低，而且容易受到空气等介质的吸收并发生损耗，从而极大地限制了单个光子的有效传播距离。

　　然而，我们的科学家和工程师却发挥出超强的聪明才智，带着光子实现“入地”和“上天”，从而实现了量子保密通信的工程化应用。

　　想象一下，如果要实现北京和上海之间的保密通信，那么单个光子不仅需要跨越2000多公里的距离，而且不能丢钥信息。

　　打个比方，单个光子就像一辆装载密钥信息的小汽车，如果光子只在空气中传播的话，就像小汽车只在崎岖的普通土路行驶，那么小汽车的燃油会很快耗尽。

　　因此，科学家和工程师们受到高速公路的启发，决定也给单个光子修建一条专属的光纤通道，来实现通信双方之间点对点的密钥传输。

　　其实早在1993年，来自英国的研究团队就利用单个光子作为密钥，在光纤中实现了相距10公里的量子密钥分发。

　　随后在2004年，来自日本的研究团队同样采用光纤通道，将量子密钥分发的距离提升至150公里。

　　而在2008年，来自欧盟的12个国家的研究小组在维也纳共同成功建造了欧洲量子通信网络（SECOQC），并且可供8个用户进行量子保密通信。

　　在2005年，来自中国科学技术大学的郭光灿研究团队就采用光纤通道，在北京和天津之间实现了长达125公里的量子保密通信。随后在2012年，来自中国科学技术大学的潘建伟研究团队也合肥市内建造了“合肥城域量子通信实验示范网”，可供数十个用户进行量子保密通信。

　　然而，由于单个光子的光纤传输仍然存在一定的损耗，因此单根光纤有效传输的极限距离一直很难突破上千公里。

　　这就像装载密钥的小汽车在京沪高速上行驶，然而自身的燃油无法支撑小汽车跑完全程，因此就需要高速路上的服务站提供加油等服务。

　　因此，要想实现北京和上海之间长达2000多公里的量子保密通信，就需要利用中继站进行“接力”，从而保证单光子能够顺利完成量子密钥的分发。

　　就在2017年，经过中国科学院等多家机构长达4年的通力合作，从北京到上海的“光纤量子通信骨干网工程”终于通过验收，并且开始了商业运营，这条量子保密通信也被形象地称为“京沪干线”。

　　中国研究团队不仅仅创下了在光纤中无中继“接力”的最远量子密钥分发的世界纪录，还有望提供新一代的城际量子保密通信的可靠方案。

　　世界上首颗“墨子号”量子科学实验卫星，并且实现了7600多公里的洲际量子密钥分发实验，从而开拓了超远距离上量子保密通信的研究领域。