19、量子密码学与量子隐形传态：开启量子互联网新时代

量子密码学与量子隐形传态：开启量子互联网新时代

1. 量子密码学：E91 协议的崛起

在量子密码学领域，1991 年 Artur Ekert 开发了一种新型的量子密钥分发（QKD）协议——E91。当时，Ekert 并不知道 BB84 协议。E91 协议充分利用了量子技术的三大支柱，特别是在生成私钥时运用了量子纠缠和非局域性。

与 BB84 协议相比，E91 协议具有显著优势。BB84 协议虽能在量子计算机来临前作为临时保护数据的措施，但它未利用未来将无处不在且廉价的纠缠资源。而 E91 协议在生成密钥时，密钥并非从一方传输到另一方，而是在两个检测站点同时生成。这意味着密钥在检测前并不存在，且源端没有密钥副本，大大提高了安全性。例如，中国的量子卫星“墨子号”就利用 E91 协议和卫星上的纠缠光子源，成功在两个地面站之间生成了共享私钥。

不过，E91 协议也可能面临安全威胁。可能存在的窃听者或伪造者想要破坏协议安全，但他们无法像在 BB84 协议中那样复制传输中的密钥，因为密钥在光子被检测前并不存在。但窃听者可能用经典光源替代纠缠源，或拦截纠缠光子对并发送经典相关光子。此时，Alice 和 Bob 可以随机对部分到达的光子进行贝尔测试，若测试失败，则表明信道可能已被破坏，他们会丢弃密钥并采取相应措施。

以下是 E91 协议与 BB84 协议的对比表格：
| 协议 | 密钥生成方式 | 是否利用纠缠 | 源端是否有密钥副本 | 安全性 |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| BB84 | 一方发送给另一方 | 否 | 是 | 临时保护，易受量子计算机攻击 |
| E91 | 两端同时生