量子密钥分发基于量子力学基本原理，可以实现理论上无条件安全的保密通信，因此一直是学术界的研究热点。近日从中国科学技术大学获悉，该校潘建伟、陈腾云等与清华大学马雄峰合作，首次在实验中实现了模式匹配量子密钥分发。

模式匹配量子密钥分发协议示意图

模式匹配量子密钥分发协议是清华大学马雄峰研究组于2022年提出的一种新型测量设备无关量子密钥分发协议，相较于原始的测量设备无关协议，它可以很大程度提高成码率；相较于双场量子密钥分发协议和相位匹配协议，它无需复杂的激光器锁频锁相技术，节省成本且降低了实际应用难度，同时对环境噪声有更好的抗干扰能力。

【资料图】

潘建伟、陈腾云研究组基于清华大学马雄峰研究组提出的模式匹配量子密钥分发协议，实现了实验室标准光纤百公里级、两百公里级、三百公里级以及超低损光纤四百公里级的安全成码，相较于之前的原始测量设备无关量子密码实验，成码率有明显提升，并且在300km和400km距离上较之前实验成码率提升了3个数量级。

研究成果表明，模式匹配量子密钥分发在不需激光器锁频锁相技术的条件下，可以实现远距离安全成码且在城域距离有较高成码率，极大地降低了协议实现难度，对未来量子通信网络构建具有重要意义。

那么，什么是量子通信？量子密钥在量子通信中起着何种作用？

量子通信是把传统通信的物理量换成量子力学领域里独有的量子态。中国科学技术大学物理学院、中科院量子信息重点实验室的韩正甫教授表示，量子态不是常规的物理量，典型特征是测不准，量子态每被测量一次都会产生变化，导致测量出来的结果不尽相同，无法确保得到的结果是我们想要的结果，但是合法的两个通信者能够通过协议得到确定的信息，因此利用量子态来代表信息可以有效防止信息被窃听。

量子密钥正是量子通信中保证通信过程不被人窃听的核心。

量子密钥是一组随机数。通信的双方会共享一组一样的量子密钥。之后用随机数跟通讯内容做一个变换，使通讯内容成为乱数。合法的通信者事先已经共享了密钥，因此合法接收者收到乱数之后可以利用密钥做反向变化，将信息从乱数中提取出来。而窃听者由于没有密钥，得到的只是一堆乱数，无法获得有效信息。

可以说，量子密钥分发的发展史几乎也就是量子通信的发展史。在已经成熟的经典光纤通信技术的支持下，基于光纤传输的量子通信发展尤为迅猛。

1993年，日内瓦大学首次完成了基于偏振态编码的光纤量子密钥分发实验，传输距离为1km，随后在1995年将这个距离提高到了23km。

2006年夏，我国中国科学技术大学潘建伟小组、美国洛斯阿拉莫斯国家实验室、欧洲慕尼黑大学-维也纳大学联合研究小组各自独立实现了诱骗态方案，同时实现了超过100km的诱骗态量子密钥分发实验，由此打开了量子通信走向应用的大门。

近些年，从发射世界首颗量子卫星“墨子号”、开通世界首条量子保密通信干线“京沪干线”、到量子密钥分发距离的不断增加，我国量子通信技术始终处于世界前列。

2020年，继首次实验验证了远距离双场量子密钥分发可行性，在300km真实环境的光纤中实现了双场量子密钥分发实验后，济南量子技术研究院王向斌教授、刘洋研究员与中国科技大学潘建伟院士团队再次合作，实现了509km真实环境光纤的双场量子密钥分发（TF-QKD）。

2022年，《自然·光子学》在线发表了来自中国科学技术大学的一项研究成果。中科大郭光灿院士团队的韩正甫教授及其合作者，实现了833km光纤量子密钥分发，将量子密钥分发安全传输距离世界纪录提升了超200km，向实现千公里陆基量子保密通信迈出重要一步。

实际上，量子保密通信的重点不在于“量子”，而在于“保密”。

从国家层面来说，量子保密通信技术的发展可以提高国家的信息安全水平。但量子通信技术目前在民间并没有大范围普及应用。全国性的量子通信网络尚未建立，相关的消费成本也十分高昂，无法提供人对人的产品和服务。量子通信技术出现后如何应用于公民的日常生活，这一问题目前还属于探索阶段，量子通信技术的日常应用也尚未得到市场的完全加持。

韩正甫表示，国内已经有许多厂家在生产量子通信的设备。虽然目前还没达到全民普及量子通信技术的程度，但量子通信技术的储备是必要的，未来若有机会大规模铺展该技术，我国也能够提供坚实的技术保障。

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