基于诱骗态的BB84 协议的提出成功地解决了上述问题, 使得长距离量子通信成为可能。诱骗态的核心思想是基于PNS 攻击中Eve对单光子和多光子的通过效率不相同。Alice 在制备初态时,随机地用诱骗态脉冲代替一部分信号态脉冲(诱骗态和信号态都是由光源发出的弱相干光,区别在于强度不同,即具有不同的平均光子数)。由于Eve 无法区分多光子脉冲是来自信号态脉冲还是诱骗态脉冲,所以执行PNS 攻击时只能无区别地对待诱骗态脉冲和信号态脉冲,不能根据光强进行通过效率的调节,因此无法保证不同强度的光脉冲到达Bob端的统计结果都不变。因此,通信双方可以通过监测与分析诱骗态脉冲和信号态脉冲的计数率来主动判断是否存在PNS 攻击,从而确保量子密钥分发过程和生成的量子密钥的安全性,提升量子安全通信距离。
1.2量子保密通信产业化进程
由于信息安全问题频发,量子计算机计算能力不断提升等威胁因素的不断涌现,量子保密通信产业化成为各国关注的焦点,并成为发达国家在信息领域的战略工作之一。我国高度关注量子信息技术产业化进程,量子保密通信的基础研究和产业化进程都走在世界前列。
1.2.1广域量子通信网络构建
长距离实用量子保密通信是量子保密通信的目标,在这个目标的驱使下,经过数十年的发展,我国量子通信产业逐步向结合城域网、干线网和量子卫星的广域量子通信网络迈进。
1)合肥城域量子通信试验示范网。2012年3月,合肥城域量子通信试验示范网建成并全网运行,该网络包含46个节点,涵盖合肥市主要的政府部门、金融机构、军工企业以及科研院所,是国际上首个规模化的城域量子通信网络。合肥城域网结构如图2所示。
2)量子保密通信“京沪干线”项目。2013年“量子通信京沪干线”项目启动,2016 年成功建成连接北京、上海等地总长2000余km的量子保密通信骨干线路,是世界首条千公里级的光纤量子保密通信骨干线路。目前,京沪干线已经全线贯通并完成技术验收,将为沿线金融机构、政府及国家安全部门提供高安全等级的信息传输保障。
3)“量子科学实验卫星”项目。2016年8月,世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功发射。“墨子号”是我国完全自主研发的量子实验卫星,目前已完成各项既定的科学实验任务,其主要的应用目标是通过卫星和地面站之间的量子密钥分发,实现星地量子保密通信,并通过卫星中转实现可覆盖全球的量子保密通信。结合京沪干线及各城域量子通信网络建成覆盖全球的天地一体化的广域量子保密通信网络。量子卫星与京沪干线示意图如图3所示。