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~ 文章标题为：使用相同生物量子状态的生物信息传输和密钥交换的同步实现。量子通信利用生物量子态实现信息安全，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的局限性在于较大的损耗和较短的通信距离，这使其在实际应用中受到限制。

在本研究中，我们提出了一种基于单生物量子的单向准QSDC协议。该协议允许使用相同的单生物量子态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。基于弱相干光脉冲的原理验证实验中，该系统在1048公里的标准通信光纤上实现了每秒238千比特的实时安全传输速率，创造了新的世界纪录。这一系统为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，这在一些特定情况下至关重要。

我们提出的STIKE协议基于单生物量子，并通过诱骗态技术扩展至弱相干激光。值得注意的是，我们在实验中验证了该协议，在标准通信光纤中实现了125GHz重复频率下的1048公里通信。这一协议为实际应用中的远距离准QSDC奠定了基础，对于利用生物量子态构建集成的安全通信网络至关重要。

所提出的STIKE单向准QSDC与量子密钥分发（QKD）不同。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，类似于一个可以永久重复使用的预共享密钥。但在实际情况中，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。其中一个极端模式仅用于密钥交换，即爱丽丝发送随机数而不使用共享密钥加密，被称为完全密钥交换（FKE）模式。另一个模式仅用于通信，此时消耗SKS中的安全密钥而不生成新密钥，即完全通信（FC）模式。在FC模式下，由于其目标是可靠传输信息，量子比特误码率（QBER）可以高于通常设定的阈值（如11%）。该模式适用于信道中存在窃听者但通信任务过于紧急的情况。一旦SKS中的密钥耗尽，FC模式将停止运行。

为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，传输数据时，每帧中的一部分被指定为掩码码字，另一部分专门用于量子密钥交换（使用随机数）。该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。通常，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。然而，由于信道的损耗和噪声，生成的密钥数量往往少于消耗的钥。因此，当SKS中的密钥数量降至警戒水平时，用户可以切换至FKE模式以补充密钥。

当STIKE系统不用于通信时，它可以在FKE模式下进行密钥协商并填充SKS。针对实际应用的详细策略仍然是未来研究的一个重要方向。在这一技术条件下，将该通信能力集成到经典网络中进行实际应用是相当值得探索的，特别是在需要传输低量高度敏感信息的场景，例如国家安全保护和金融信息安全防护。

在当前条件下，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，采用高重复频率的光源和高效的单生物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。这些改进将有效克服现有的局限性，并拓宽潜在的应用场景。在点对点系统性能提升的基础上，该方法还可扩展至自由空间通信和多用户网络应用。

在这样的背景下，尊龙凯时致力于推动生物医疗领域的前沿技术，将优秀的通信方法与医疗应用结合，助力数字医疗的未来发展。