30、量子密钥分发与通信实验的前沿进展

量子密钥分发与通信实验的前沿进展

1. 量子密钥分发理论概述

量子力学为在双方之间分发密钥提供了一种解决方案，前提是双方拥有经过认证的公共通道，例如通过共享一些初始密钥来实现。整个过程在量子通道存在噪声和损耗的情况下也能保持稳健，而且可以使用相对简单的信号源，如衰减激光脉冲来达成目标。

不过，目前量子密钥分发（QKD）理论的研究尚未完成。其中一个关键问题是传输线路中的损耗，需要找到能够有效应对这一问题的协议。优化协议是当前面临的挑战，而且目前用于优化协议的工具集还不完善。

2. 早期量子通信实验

2.1 首个量子通信实验

在了解到首个量子通信协议——BB84协议（可实现安全密钥交换）后，人们可能认为搭建相关实验很简单，但实际上花费了数年时间。1991年，Bennett、Brassard等人在IBM研究中心的实验室里，成功建立了Alice和Bob之间的首个安全量子密钥，该实验装置被称为“Aunt Martha”。

在这个实验中，衰减光脉冲在发送器和接收器之间传输了32厘米。基于BB84协议，研究人员展示了Alice和Bob如何验证是否存在窃听者干扰传输，以及如何提取安全密钥。实验使用发光二极管作为光源，并用快速普克尔斯盒选择偏振方向，实现了每秒几百比特的密钥率，还模拟了多种窃听攻击，同时展示了如何纠正残余比特错误以及在存在噪声的情况下保证完全安全。

这个实验成为了全球众多量子密码系统的范例，也推动了QKD的商业化发展。

2.2 量子密码学的重要标准

量子密码学的重要标准包括高密钥率和长距离，但通常难以同时优化这两个指标，需要做出一些妥协。不过，在可靠性