13、量子密钥分发：从易受攻击到安全的探索

量子密钥分发：从易受攻击到安全的探索

1. 传统量子密钥分发的漏洞

在量子通信中，Alice 和 Bob 试图通过量子技术生成只有他们共享的安全密钥，但最初的尝试并不成功。如图 8.10 所示，Eve 可以在网络层进行窃听。当她接入网络时，能够获取 Alice 和 Bob 共享的密钥。她测量出 Alice 用于生成量子比特的值，这些值就是密钥。而危险之处在于，Alice 和 Bob 对此毫无察觉。Bob 接收量子比特、进行测量并构建密钥，他们成功地用密钥加密并交换消息，但如果 Eve 截获消息，就能解密。

问题在于，之前的方法没有充分利用量子比特与经典比特的差异。如果量子比特只能处于 $|0⟩$ 或 $|1⟩$ 状态，量子比特的很多优势就会丧失。测量后，如果 Eve 知道原始量子比特是 $|0⟩$ 或 $|1⟩$，她就能轻松重构原始量子比特。但如果量子比特处于叠加态，她测量得到 $|0⟩$ 或 $|1⟩$ 时，无法获得关于原始状态的任何信息。

2. 利用叠加态的初步尝试

2.1 哈达玛门的特性

在修改算法之前，需要了解哈达玛门的一个有趣特性：当一个哈达玛门作用于一个特定的量子比特，另一个哈达玛门再作用于第一次操作的结果时，最终的量子比特会回到原来的状态。

以下代码验证了这一点：

QuantumExecutionEnvironment simulator =
    new SimpleQuantumExecutionEnvironment();
Program program = new Program(2);