1、量子密码学：原理、技术与应用探索

量子密码学：原理、技术与应用探索

1. 量子密码学概述

量子密码学，确切地说是量子密钥分发（QKD），是一项在全球范围内备受瞩目的新兴技术。它实现了信息的可证明安全交换，堪称通信史上的一个里程碑。不过，QKD 存在通信距离受限的问题，通信双方“Alice”和“Bob”之间的距离是一大挑战。

为了突破这一限制，科研人员开展了诸多实验。部分实验借助光纤技术，而另一些则基于自由空间技术，这些努力都取得了一定成果，使得 Alice 和 Bob 之间的通信距离得以增加。如今，基于 QKD 的通信网络构建成为可能，通信不再局限于点对点连接，而是能够构建更为现代化的通信架构。

2008 年 10 月，奥地利维也纳展示了首个功能完备的 QKD 网络。该网络作为视频会议网络的基础层，连接了城市的多个区域。值得一提的是，此次部署采用了五种不同的 QKD 技术，单个通信过程可能会同时使用多种技术，而用户对此并无感知。

2. 核心技术基础

2.1 量子信息理论基础

2.1.1 量子比特

在经典信息理论中，自香农时代起，比特就是基本概念，其状态只有 0 和 1 两种。而在量子信息领域，与之对应的是量子比特（qubit）。量子比特同样有两种基本状态，用狄拉克符号表示为 |0⟩ 和 |1⟩，这是量子力学中表示状态的标准符号。

与经典比特不同的是，量子比特允许处于 |0⟩ 和 |1⟩ 之间的叠加态，其状态可表示为：
[|ψ⟩ = α|0⟩ + β|1⟩]
其中，α 和 β 是复数。这意味着量子比特的状态可以用二维复向量空间（希尔伯特空间）中的向量来描述。|0⟩ 和 |1⟩ 构成计算