近日，北京量子信息科学研究院、清华大学等机构的科研人员在《Science Advances》发表重要成果，提出一种基于单光子的单向准量子安全直接通信（QSDC）协议，首次实现利用同一单光子同时进行信息传输和密钥交换，为 QSDC 的实际应用开辟了新道路。

　　随着量子计算技术的飞速发展，传统加密算法面临严峻挑战，量子通信成为保障数据安全传输的重要研究方向。其中，QSDC 可在有噪声和窃听的信道中实现信息的可靠安全传输，且具有隐蔽传输、无需频率许可、无射频干扰等优势，在特定领域应用潜力巨大。然而，传统单光子 QSDC 协议存在光子往返传输导致的高损耗和短通信距离问题，严重限制了其实际应用。

　　针对这些问题，科研团队提出了基于可重复经典一次性密码本（RECON）协议的单向单光子实用准 QSDC 协议 ——STIKE 协议。该协议创新性地融合了纠错和频谱扩展技术，包含预处理、制备测量和后处理三个主要部分，共 12 个步骤。在预处理阶段，通过前向纠错编码和一次性密码本加密，保障信息安全；制备测量阶段，利用量子态传输信息，同时通过随机测量基选择引入可控损耗；后处理阶段，进行信息解码、密钥回收和新密钥提取，有效缓解了密钥消耗问题。此外，该协议还具备多项技术优势，如采用频谱扩展克服损耗、利用 INCUM 技术提升容量并减少密钥消耗、支持诱饵态方法使用弱相干脉冲等，且适用于光纤和自由空间传输，与现有网络兼容。

　　科研团队搭建了原理验证系统，采用 1.25GHz 触发频率的弱相干脉冲和诱饵态技术，在 104.8 公里标准电信光纤中进行实验。结果令人瞩目：系统实现了 2.38 千比特每秒的实时安全传输速率，平均量子比特误码率（QBER）为 3.60%，创造了该领域的世界纪录。相比以往双向 QSDC 实验，在约 80 公里通信距离处，该系统的保密容量提升了三个数量级，且根据实验设备参数推算，通信距离有望超过 150 公里。

　　该协议不仅突破了传统 QSDC 的局限，还具备多种灵活的操作模式。在理想无误差和损耗情况下，密钥消耗与生成速率相同；实际应用中，可根据需求在全密钥交换（FKE）模式、全通信（FC）模式和标准模式间切换。FC 模式在信道存在窃听但通信任务紧急时尤为实用，而标准模式九游娱乐则兼顾信息传输和新密钥提取。此外，通过持续模式可平衡密钥消耗和生成，当密钥不足时还能切换至 FKE 模式补充密钥。

　　研究人员表示，当前将该通信能力集成到经典网络的实际应用探索意义重大，特别是在国家安全保护和金融信息安全等对敏感信息传输要求极高的领域。未来，团队计划研发高性能设备，如高重复频率光源和高效单光子探测器，并优九游娱乐化编码，以进一步提升系统性能，拓展其在自由空间通信和多用户网络场景中的应用。这一成果为构建空天地海一体化的量子安全通信网络奠定了坚实基础。返回搜狐，查看更多