量子密钥分发：智能系统的未来守护者

量子密钥分发：智能系统的未来守护者

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格隆汇

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来源

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2024年11月，南京大学谢臻达、龚彦晓、祝世宁团队与中国科学技术大学郭光灿、韩正甫团队合作，在国际上率先完成基于无人机平台的量子密钥分发实验。这一突破性成果证明，利用无人机等移动平台能够完成实用化的光量子任务，为量子密钥分发（QKD）技术在智能系统中的广泛应用开辟了新的可能。

量子密钥分发是一种基于量子力学原理的安全通信协议，它允许两个用户通过不安全的通信信道创建并共享一个安全的密钥。这个密钥随后可以用于加密和解密信息，确保通信的机密性。

QKD的核心原理包括量子不可克隆定理和量子测量的不确定性。量子不可克隆定理指出，任何量子态都无法在不破坏原始量子态的前提下被完全复制。而量子测量的不确定性则意味着，对量子系统的测量会不可避免地扰动系统，因此任何未授权的窃听行为都会留下可检测的痕迹。

智能电网的安全守护者

随着工业4.0的推进，传统的分层工厂网络正在向全互联工业网络演进。时间敏感网络（TSN）作为下一代通信网络的核心技术，需要在大规模工厂网络中传输确定性和关键的OT业务。这使得敏感的OT业务面临更多的安全威胁。

量子密钥分发网络（QKDN）可以在物理带外生成符合信息理论安全的对称密钥流。OT流量（如I/O控制信号）通常需要非常低的数据传输速率，而目前的QKD密钥速率足以对OT服务流进行一次性密码本（OTP）加密。这种方法的时延极短，且可实现工控数据要求的一次一密高级别安全要求。

移动通信的新突破

南京大学团队的无人机QKD实验展示了QKD在移动环境下的应用潜力。研究团队自主研发了集成化量子密钥分发系统、全自动的小型化高精度跟踪瞄准系统和运动状态下的偏振控制系统，搭载于自主研发的小型多旋翼无人机平台，完成了空地之间的量子密钥分发，安全密钥生成速率达到8 kbps。

这一突破解决了QKD在移动平台应用中面临的多项技术挑战，包括系统的重量、体积、稳定性等方面的问题。通过在无人机端引入额外的保偏光纤路径，研究团队发展了全套无需实时校准的动中通偏振控制与保持技术，最终在相距200米的无人机与地面站之间建立了一条低损耗、高保真的光量子链路。

近年来，量子密钥分发技术取得了显著进展。中国科学技术大学郭光灿院士团队实现了833公里光纤量子密钥分发，将量子密钥分发安全传输距离世界纪录提升了200余公里。此外，韩国正在建设基于量子密码通信技术的800公里国家网络，旨在提高网络性能和监控能力。

随着技术的不断进步，QKD的应用场景将不断拓展，从传统的通信领域向云计算、物联网、智能制造等新兴领域延伸。同时，随着技术的不断成熟和成本的降低，QKD将逐渐走向普及化，为更多领域提供安全可靠的通信保障。

量子密钥分发技术作为未来通信领域的重要发展方向，具有广阔的应用前景和巨大的市场潜力。随着技术的不断进步和应用的不断深化，我们有理由相信，量子通信将引领未来安全高质“量”发展。