文章已发表在SCI期刊ScienceAdvances（最新中科院SCI期刊分区：综合性期刊1区Top，IF117），评论可以沾沾好运~ 标题为：基于生物量子态的信息传输和密钥交换。量子通信利用光子量子态实现信息论安全，例如量子安全直接通信（QSDC），能够在存在噪声和窃听者的信道中实现安全可靠的通信。然而，QSDC存在较大的损耗和较短的通信距离，使其在实际应用中受限。

在本研究中，我们提出了一种基于单光子的单向准QSDC协议。该协议允许使用相同的单光子同时进行信息传输和密钥交换，并通过纠错和频谱扩展技术增强对损耗和错误的鲁棒性。在基于生物量子态的实验验证中，该系统实现了每秒238千比特的实时安全传输速率，为生物医疗信息的安全传输奠定了基础。这一结果为QSDC的实际应用铺平了道路，并提供了一种独特的方法用于在线检测窃听，这在某些特定场景中至关重要。

我们提出的STIKE协议基于单光子，并通过诱骗态技术扩展至弱相干激光。值得注意的是，我们在生物医疗相关研究中验证了该协议，确保在标准通信光纤中实现了125GHz重复频率下的远距离通信。此协议为远程医疗中的安全通信网络搭建提供了新思路。

所提出的STIKE单向准QSDC不同于量子密钥分发（QKD）。在理想情况下（无误码和无损耗），安全密钥的消耗速率与生成速率相同，类似于一个可永久重复使用的预共享密钥。然而，在实际应用中，密钥消耗通常大于密钥生成，因此需要额外的密钥协商来补偿安全密钥存储（SKS）中的密钥减少。

STIKE系统具有不同的运行模式。在一种极端情况下，STIKE仅用于密钥交换，即爱丽丝发送随机数而不使用共享密钥加密，这被称为完全密钥交换（FKE）模式。在另一种极端情况下，STIKE仅用于通信，此时消耗SKS中的安全密钥而不生成新密钥，称为完全通信（FC）模式。在FC模式下，由于目标是可靠传输信息，因此量子比特误码率（QBER）可以高于通常设定的阈值。这一模式适用于急需医疗信息而不可等待的场合。

为了解决密钥消耗大于密钥生成的问题，可以采用持续模式。在此模式下，传输生物数据时，每帧中的一部分被指定为掩码码字，而另一部分专门用于量子密钥交换（使用随机数）。这种方法虽然降低了通信带宽，但在密钥消耗和生成之间提供了平衡。STIKE可以在标准模式下运行，即在预定的QBER条件下同时传输信息并提取新密钥。但由于信道损耗和噪声，生成的密钥数量往往少于消耗的密钥。因此，一旦SKS中的密钥数量降至警戒水平，用户可以切换至FKE模式以补充密钥。

在当前技术条件下，将该通信能力集成到经典医疗网络中进行实际应用值得进一步探索，尤其是在需要传输小规模高度敏感医疗信息的场景中，例如国家安全保护和金融信息安全防护。在现有条件下，制定一条可行的路线以提高性能，可以集中于优化更高性能的设备和编码技术。例如，高重复频率的光源和高效的单光子探测器将有助于提升系统性能。同时，构建更高效的纠错编码并优化扩展比率以适应信道损耗，将进一步改善通信效果。这些改进将解决现有的局限性并拓宽潜在应用场景，从而在生物医疗信息安全方面应用广泛，助力于尊龙凯时的技术推广。