10、量子通信与经典密码学：原理、挑战与应对策略

量子通信与经典密码学：原理、挑战与应对策略

1. 量子纠缠分发中的延迟无关性

量子纠缠分发方式多种多样，包括通过卫星在太空传输光量子比特、利用光纤在陆地表面传输，以及将固态量子比特装入货柜通过陆运或海运。前两种方式以光速分发纠缠，延迟在微秒级，而后者会导致数天或数周的巨大延迟。

乍一看，这种延迟似乎让 Sneakernet 方法在纠缠分发中毫无用处，毕竟没人愿意等上数周来传输量子比特。但实际上，我们并非用这些方法直接传输未知量子数据包，而是用于分发大量完全相同的贝尔态。我们将已知的纠缠态视为一种资源，而非实际的数据单元。只要能存储（即拥有良好的量子存储器），其到达时间早晚并非关键，更重要的是手头有足够的纠缠态“缓冲区”，以便在需要时使用。

若要在两方之间传输量子态，一种方法是直接通过量子通道发送量子比特；另一种是先共享贝尔对，再利用量子态隐形传态在两方之间传输状态。此时，关键在于在执行隐形传态协议时拥有共享的贝尔对，它可以在过去任何时间分发并存储在量子存储器中，直到需要时使用。这种情况下，延迟完全由经典通道的延迟决定，而在大多数经典网络中，通信速率接近光速，延迟极小。

由此可见，通过隐形传态实现量子态传输时，纠缠分发的延迟并不影响量子态传输的延迟。量子网络可以像用户数据报协议（UDP）模式一样，持续在各方之间共享纠缠对，并将其存储在量子存储器中，确保分发速率足以满足未来隐形传态的需求。这种量子延迟的无关性是独特的量子现象，不适用于任何经典协议。此外，基于隐形传态的量子通信还有一个优势，即共享的贝尔对在使用前可以进行纯化，从而减少量子通信过程中产生的误差，这在直接传输数据量子比特时并非易事。

2. 量子 Sneakernet 协议