什么是量子通信？深入了解量子密钥分发（QKD）原理与BB84协议
量子通信与量子密钥分发 (QKD) 深度解析：从香农定理到 BB84 协议，揭秘未来“绝对安全”的通信方式！
想了解量子通信如何保障信息安全？ 本文带你探索量子通信的奥秘， 深入浅出地讲解量子密钥分发 (QKD) 工作原理、 BB84 协议步骤， 以及如何利用量子力学特性实现窃听检测， 打造无法破解的通信加密技术， 步入未来安全通信时代！ 【附 PPT 素材下载】摘要：
香农（著名牛人）证明了一个数学定理：密钥如果满足三个条件，那么通信就是“绝对安全”的。这里说的“绝对安全”是指：敌人即使截获了密文，也无法破译出明文，他能做的只是瞎猜而已。哪三个条件呢？
（1）密钥是一串随机的字符串；
（2）密钥的长度跟明文一样，甚至更长；
（3）每传送一次密文就更换密钥，即“一次一密”。
满足这三个条件的密钥叫做“一次性便笺”—— one time pad 。
目前的互联网通信采用非对称加密的方式传输对称密钥，再使用对称密钥加密有效信息，大幅提升破解信息的难度，以此来满足“香农定理”，但是基于非对称加密的数据交换并不是那么的完美无瑕。随着量子通信技术的发展，人们利用“量子的不确定性”原理，设计了一套可以主动发现通信过程是否被窃听的通信方式，以此来确保密钥分发的绝对安全，也就是量子通信技术。
正文：
一、量子物理
与经典物理不同，测量是量子力学不可分割的组成部分。测量一个未知的量子态会以某种形式改变该量子的状态，它的一些基本结论有维尔纳·海森堡的不确定性原理。
其中“海森堡测不准原理”指出在不知道量子状态的情况下复制单个量子是不可能的。 因为一旦进行测量，原来量子态就改变了，测得到结果只是组成此量子态的各种可能状态之一。这个性质可以被利用来检测通信过程中的任何窃听，因为窃听的前提是测量。那么如何讲这个定理工程化的实现呢？这就是目前的采取的QKD方案。
二、量子密钥分发（QKD）及BB84协议
量子密钥分发（quantum key distribution，简称QKD），它致力于让通信双方能够产生并分享一个随机的、安全的密钥，来加密和解密消息。量子密钥分发的一个最重要的，也是最独特的性质是：如果有第三方试图窃听密码，则通信的双方便会察觉。那它是如何实现的呢？这就涉及到量子传输领域的BB84协议。
BB84协议的第一步是量子制备及传输。下边我们有请案例界最有名的Alice和Bob来给大家做案例演示，
Alice随机产生一个比特（0或1），再随机选择一个基（"+"或"×"），来制备量子态。如左侧的表格所示，选择基"+"时把比特0制备成↑，把比特1制备成→；选择基"×"时，把比特0制备成↗，把比特1制备成↘。光子的偏振态被制备好之后，Alice把这个光子通过量子信道传送给Bob。之后重复这个过程多次。
Bob并不知道Alice制备量子态时选择了哪种基，他可以随机的选择基（"+"或"×"）来测量接收到的量子态。Bob测量他接受到的每个光子，记录所选的基和测量结果。Bob测量过所有光子后，他与Alice通过公共经典信道联系。公布制备每个光子时所选择的基。Alice和Bob对比他们所选择的基，舍弃那些双方选择了不同的基的比特（一半左右），剩下的比特还原为他们共有的密钥。
Alice和Bob可以拿出他们密钥的一部分，然后相互对比来检查是否有人窃听。如果有第三方窃听（Eve），他为了获得光子偏振消息而作的测量，会导致对比密钥时发现错误。如果Eve选择了与Alice相同的基去测量，则不会影响Bob的测量结果，Alice和Bob对比密钥的一部分时便不会发现有Eve的存在。但Eve仍有50%的概率会选择与Alice不同的基去测量光子，这会使光子偏振态改变，此时Bob再测量这个光子又有50%的概率得到与Alice不同的结果，从而发现有窃听者Eve的存在。
实际过程：
Alice:使用随机数生成器，决定传输时光栅的基组生成随机数，使用上边产生的光栅生成光子进行传输a'。
Bob:使用随机数生成器，决定测量时光栅的基组b记录测量时使用的基组光的偏振方向及值b'
双方公布第一个序列a b
比如说Alice这一方的a序列是0110，Bob这一方的b序列是1100。然后找出其中相同的部分，就是第2位（1）和第4位（0）。那么Bob就知道自己这里接收到的光子的第2个和第4个，与Alice那边是同一个基组，所以测量以后得到的结果b'（b'的第2个与第4个）必然与Alice那里所保留的a' （a'的第2个与第4个）相同。
Alice和Bob把各自手里第2位和第4位的a′和b′整理出来，这个随机数序列就可以用作密钥。如果发送和接收N个光子，由于Bob猜对基组的概率是50%，就会产生一个长度约为N/2位的密钥。至于a、b两个序列中不同的部分，就抛弃掉了。
第二次公布
为了知道有没有窃听，Alice和Bob在得到a′和b′序列后，再挑选一段公布。这一次公布是公布第一个随机序列（也就是表示基组的那个序列）。假如在公布的序列中出现了不同，那么他们就知道有人在窃听，这次通信作废。
要公布多少个呢？公布1个，Eve蒙混过关的几率是3/4。公布2个字符，就是3/4的平方。公布m个，Eve蒙混过关的概率就是3/4的m次方。当m = 100时，只剩下3.2× 10^-13。因此，如果公布了很长一段都完全相同，那么就接近100%的置信度了，通信双方就把a′和b′序列中剩下的部分作为密钥。
你看懂了吗？
当时写这篇文章的时候，原本准备做一个PPT，但是后来没用到，素材基本上贴上去了，没有做美化。
我估计看我这篇文章的人，一般而言是领导布置的任务，因此，这个PPT也分享给大家，虽然是半成品，但是总比你从头开始做好。
